１前言 ｙ－ＴＩＡＩ基金属间化合物合金具有密度低、高温强度高及高温抗氧化能力强等特点，因此被认为 是一种理想的、可用来代替目前常用镍基超合金的航空航天用高温材料而受到广泛的重视［“。近年来对ｙ－ＴＩＡＩ基合金的显微组织、合金化及机械性能等方面进行了广泛的研究并取得了很大的成果， 但其室温塑性低及冷热加工能力差等缺点仍是这种合金实用化的最大障碍【“。众所周知，内应力 对这类材料的组织及性能等都产生很大的影响［’－’ｊ，因此有必要对这类合金组织与内应力进行研究。Ｘ射线衍射法测应力是最常用的内应力测定方法之一，也几乎是可对多相材料中的每一相进行内应力 测定的唯一方法，因此被广泛地应用于科研与生产中。本研究选用Ｔｉ－４７ＡＩ－ＺＣｒ－ＺＮ ｂ合金，采用不同的热处理工艺，获得了不同片层体积含量的双态组织，并采用Ｘ射线衍射技术对试样进行内应力测试，以探讨内应力与合金显微组织之间的关系。２实验方法选用等温锻造后的 Ｔｉ－４７ＡＩ──ＺＣｒ－ＺＮｂ（原子百分比）合金，其实际成分为Ｔｉ－４６．７ＡＩ──２ ．ＩＣｒ－１．９６Ｎｂ。采用线切割方法从锻造后的圆饼上切割试样，然后真空封装进行热处理 。为了获得不同体积比的等轴ｙ及片层（ｙ＋ａ。）含量的双态组织，试样在双相区选用不同的热处理温度及保温时间。测试试样从热处理后的试样上加工而成，尺寸为２０ｍｉｎＸ１０ｍｍＸ３ｍｍ。金相观察之后采用电解剥离技术对试样表面进行剥离，剥离深度为 １００卜ｍ，以消除表面加工硬化对内应力测定的影响。 Ｘ射线应力测试是在法国巴黎国立高等技术学院的材料显微结构与力学性能实验室的ｍｉｃｒｏ－Ｃ ＧＲ应力测试仪上进行，应力测试采用ｓｉｎ‘｝方法，其衍射条件列于表１。应力测试误差小于１０％，角度误差为０．３度。３实验结果及分析３．１合全的显微组织经过不同的热处理工艺所获得的Ｔｉ－４７ＡＩ－ＺＣｒ－ＺＮｂ的显微组织如图１所示。从图１可 以看出，所得到的组织均为细小均匀的、含有片层晶粒及等轴ｙ晶粒的双态组织。且随着热处理条件的不同，片层晶粒的体积分数及片层晶粒的大小不同。所选试样的热处理条件列于表２中。试样 ＳＩ至 Ｓ４的热处理为在双相区进行保温。在双相区加热时，等轴ｙ对片层晶粒的长大起钉扎作用，因此所 得的组织较为细小均匀。试样ＳＳ和Ｓ６的热处理为３步热处理，目的是提高片层晶粒的形核率， 有效地降低片层的尺寸。用Ｘ射线扫描分析得出的ａ。相及ｙ相的含量和用定量金相法得出的等轴ｙ晶粒及片层晶粒的体积含量列于表２中。从表 ２可以看出，对于 Ｔｉ──４７ＡＩ－ＺＣｒ－ＺＮｂ合金，ａ。－Ｔｉ。ＡＩ的体积分数随热处理条件的变化而变化，这和 Ｋｉｍ［’１报道的结果一致。对于各种热处理条件， ａ。的体积分数均小于１０％。实验表明，采用Ｘ射线衍射法对ａ。相进行内应力测试是困难的，因 为ａ。的含量太少，所产生的衍射强度太低。一般来说，采用Ｘ射线衍射技术测试内应力，所测相的体积含量最少不低于２０％Ｄ‘。因此，本研究只对／相进行了内应力测试。从图１及表２可看出，在双相区的加热温度越高，保温时间越长，所得显微组织中的片层越多，片层 尺寸越大，同时ａ的含量越多。因此，可通过采用合适的热处理工艺，控制双态组织中片层体积分数含量及片层的大小，从而可获得所需要的组织和性能。３．２内应力的测定图２为／相中的内应力随片展体积及ａ。含量变化的曲线。从图２中可以看出：随着片层体积的增加，ｙ相中的内应力增加，当增加到一定量时，ｙ相中的内应力的变化减小（图 Ｚａ）； ｙ相中的内应力随 ａ。的含量的增加而增加，与随片层体积增加的变化趋势相类似（图Ｚｂ）。３．３讨论 ＴＩＡＩ基合金中产生内应力的原因是多方面的，但主要有以下几点：（ａ），ｙ－ＴＩＡＩ基合金 一般是由ｙ相和一小部分ａ。组成。７相具有正方结构，而ａ。具有六方结构，它们在密排面上进 行结合。它们之间的位向关系：（１１１）／川０００１｝ａ。，（１１０＼八（ｌｉＺ）ａ。， 且ａ。的晶格常数大于８的晶格常数”’，因此它们之间有一错配度；同时，ａ。结构具有６重对 称性，而ｙ结构３重对称性也不具备’‘’，导致在变形时两相之间相差很大。（ｂ），ａ。结构 及ｙ结构的滑移系以及位错的可动性相差很大，机械性能在两相中具有很高的各向异性，因此在界 面上的不协调滑移可能产生，这种不协调滑移往往导致微裂纹在晶界上产生Ｄ’。（。），在从单 相ａ冷却产生ｙ＋ａ。过程中，产生相变应力，这种相变应力对ｙ及ａ。形核与长大产生一定的作用［”ｊ，同时也是ＴＩＡＩ中内应力的组成部分。以上原因引起内应力在相界面上积聚，也是ＴＩＡＩ基合金室温脆性的原因之一１１０） 在ｙ－ＴＩＡＩ基双态组织的合金中，片层和等轴ｙ的物理常数及机械性能有较大的差别，晶粒尺寸 也相差很大，因此随着片层体积的增加，ｙ相中的内应力增加，但当片层达到一定数量之后，片层 对性能起决定作用，因此内应力变化不大。正象前面所讨论的那样，随着ａ。的含量的增加，ａ。及ｙ的各种不协调作用也增加，导致ｙ的内应力增加。４结论１）对等温锻造后的 ＴＩＡＩ基合金采用不同的热处理工艺，可得到不同体积比的等轴ｙ及片层（ｙ＋ａｚ）的双态组织，从而可以控制材料的机械性能。 ２） Ｘ射线衍射技术可用来测定 ＴＩＡＩ基金属间化合物合金中的相的内应力及能研究内应力随不同组织变化的关系。 ３） ＴＩＡＩ基金属间化合物合金中 ｙ及 ａ。相的微观结构及物理性能的差别是形成内应力的主要原因，也是 ＴＩＡＩ基合金室温脆性的主要原因之一。γ-TiAl基金属间化合物合金的显微组织与内应力研究@郭富安$北京航空航天大学!北京 100083(LM3 ESA CNRS8006,ENSAM, 151 Bd. de1’Hopital 75013 paris France)
@Vincent JI$LM3 ESA CNRS8006, ENSAM! 151 Bd. de1’Hopital 75013 paris France
@张永刚$北京航空航天大学!北京 100083
@陈昌麒$北京航空航天大学!北京 100083TiAl基合金;;金属间化合物;;显微组织;;内应力通过采用不同的热处理工艺，对锻造后的ＴｉＡｌ基金属间化合物进行热处理，得到了含有不同等轴 γ及片层 （γ＋α）时体积比的双态组织，并采用Ｘ射线衍射技术对试样进行内应力测定。实验结果表明，ＴｉＡｌ基金属间化合物合 金中的内应力随显微组织及α２的体积分数的变化而变化，并对实验结果及产生内应力的原因进行了分析。l Kim Y W. JOM
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