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γ-TiAl基金属间化合物（以下简称 TiAl 合金）由于其高温性能和轻质特性，在航空发动机叶片材料中具有广泛的应用前景。然而，传统的TiAl合金在700-750 °C以上的蠕变性能和抗氧化性不足，限制了其在更高温度下的应用。为了提高TiAl合金在 800-850 °C下的蠕变性能和抗氧化性，俄罗斯科学院的V.M. Imayev等人研究了锡（Sn）元素对 β 凝固TiAl合金的微观结构和蠕变性能的影响。
研究方法
研究人员制备了两种 TiAl 合金：TNZ（Ti-44Al-6(Nb,Zr,Hf)-0.15B）和 TNZ-Sn（Ti-44Al-6(Nb,Zr,Hf)-2Sn-0.15B）。通过热加工和热处理，获得了双态和全层状/近层状两种微观结构。利用SEM、XRD和TEM等对合金的微观结构进行了表征。此外，还进行了蠕变试验以评估合金在 800°C 和 850°C 下的蠕变性能。研究发现
与不含Sn 的合金相比，添加 Sn 的 TiAl 合金的蠕变性能显著提高。
在 800°C/250 MPa 和 850°C/200 MPa 条件下，TNZ-Sn 合金的最小蠕变速率分别为 1.6×10⁻⁸ s⁻¹ 和 7.7×10⁻⁸ s⁻¹。
Sn 的添加提高了 TiAl 合金的 γ相的溶解温度。
Sn 的添加促进了铸态条件下更明显的枝晶偏析和粗晶结构的形成。
含Sn合金的特征是存在少量富含Sn、Zr和Hf的相（0.5-1.5 vol%），这些相沿着晶界/晶体边界分布。
- 添加Sn显著提高了蠕变性能，这可能是由于固溶强化以及更强的离子间原子键合所致。
该研究发现 Sn 的添加可以显著提高β凝固TiAl合金的蠕变性能，为开发更高工作温度的TiAl合金提供了新的思路。
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图1. (a,b) TNZ 合金和 (c,d) TNZ-Sn 合金在 1-4 微观结构条件下的背散射电子图像：(a) 镦粗锻造 + HT1 (1), (b) 镦粗锻造 + HT2 (2), (c) 镦粗锻造 + HT3 (3) 和 (d) 镦粗锻造 + HT4 (4)。箭头指示 γ 晶粒和亮相 (BP)。角落插图展示了层状组织的TEM图像，这些图像以边缘取向获得，并表征了层间距。
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图2. TNZ 和 TNZ-Sn 合金在不同条件下的蠕变曲线和蠕变速率vs蠕变应变的曲线。
作者
这项工作来自俄罗斯科学院，其中Denis Mikhailovich是该论文的第一作者，Valery M. Imayev是该论文的通讯作者。D.M. Trofimov, V.M. Imayev, R.M. Imayev, Preliminary study of the effect of Sn addition on microstructure and creep resistance of a β-solidifying TiAl alloy, Intermetallics 169 (2024) 108310. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2024.108310
图2b和图2d清晰地表明，添加Sn可以显著降低TiAl合金的蠕变速率，提升其蠕变性能。
编译：贺君敬 博士
