文 献 综 述

高Nb-TiAl合金等温组织演变研究

1.引言

TiAl基合金的密度是镍基高温合金的一半，具有高熔点、高比模量的特点，且其抗氧化、抗蠕变以及抗燃烧性能优异，是在650～850℃区间唯一可以替代高温合金的轻质耐热结构材料。目前，以Ti-48Al-2Nb-2Cr为代表的传统TiAl合金已经在航空航天以及汽车引擎等领域有所应用。但由于传统TiAl合金的室温塑性和断裂韧性较低，并且在800℃以上抗高温蠕变和抗高温氧化性能较差，这在很大程度上限制了TiAl合金的实际应用，因此各国也在研发新一代以Nb为主要添加元素的适用于更高温度的TiAl合金，即高Nb-TiAl合金。Nb元素的添加使TiAl合金的熔点以及有序化温度提高，因而高Nb-TiAl使用温度更高，同时具有良好的抗高温氧化性能。这些合金主要包括Ti-45Al-9Nb合金（德国研发）、Ti(42.5-44.5)Al(3.5-4.3)Nb(0.8-1.3)Mo-0.1B合金（奥地利研发）和Ti-45Al-8.5Nb(W,B,Y)合金（中国研发）[1-3]，为TiAl合金的应用开拓了广阔的前景。

2.关于高Nb-TiAl合金的研究

2.1 高Nb-TiAl合金的相结构

Nb对TiAl合金晶体结构有一定的影响。Nb原子溶入TiAl合金β相和溶入α2相均会引起原子有序化分布的变化。Nb原子溶入γ相中主要取代Ti原子，所以Nb含量的增加相当于TiAl合金中Ti含量的增加和Al含量的减少,合金成分点在二元相图中向左偏移，造成组织中的γ相含量相应减少。并且随Nb原子分数增加，有序结构更加稳定，连续的有序化有助于三元金属间化合物相的形成。

2.2 高Nb-TiAl合金的制备加工方法

制备高Nb-TiAl合金的原材料主要为军工级海绵钛(99.9wt%)和高纯 Al(99.99wt%)，根据对合金组织及性能的要求会在此基础上加入其它合金元素。军工级海绵钛以及高纯Al等高纯原料的使用有利于降低原料中外来杂质，特别是氧元素的带入。其它合金元素一般会以中间合金的形式加入。采用中间合金，降低了高熔点难熔金属的熔点，有利于合金的熔炼，同时还可以降低高熔点元素的偏析。