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不同冷却速率下γ- TiAl合金γ相变行为的原位研究
研究背景
γ-TiAl基合金是一种很有前途的轻质高温结构材料，人们对TiAl合金中(α2+γ)片层集落形成的连续冷却转变进行了大量研究。HTLSCM具有测试温度更高的优点，它已应用于TiAl合金固相转变的许多领域，是一种由发展前景的原位观测方法，也可以发现TiAl合金中片层结构形成的遗留问题。
研究方法
本研究旨在原位研究TiAl合金中(α2+γ)片层组织的形成过程。采用目前研究结果预测形成机制不同的Ti-40Al、Ti-45Al和Ti-49Al。通过硬度试验，研究了不同冷却速率下合金的力学性能。
实验结果解析
图1. 铸态Ti-40Al、Ti-45Al和Ti-49Al合金的显微组织和相组成。随着Al含量的增加，层状菌落的尺寸显著增大，Ti-40Al为50 ~ 100 μm, Ti-45Al为200 ~ 1000 μm, Ti-49Al为2 mm以上。说明Al的加入对片层菌落有较强的粗化作用。根据XRD图谱，所有合金均由γ相和α2相组成。γ相峰在Ti-45Al和Ti-49Al中强度较强，在Ti-40Al中强度较弱。Ti-40Al的主峰由γ相转向α2相。
图5. 原位观察到TiAl合金中γ片层的生长。γ片层从γGBA开始沿整个α晶粒延伸，在生长方向上表现出各向异性。
图9. γ片层的生长速率。在一定的冷却速率下，γ片层保持恒定的生长速率。此外，较高的冷却速率可以提高γ片层的生长速度。然而，合金中生长速率对冷却速率变化的响应程度不同。在相同冷却速率下，Ti-40Al中生长速率的增加值小于Ti-45Al和Ti-49Al。
实验总结与结论
本研究采用HTLSCM研究了Ti-40Al、Ti-45Al和Ti-49Al在冷却速度分别为0.3°C/s、1°C/s和3°C/s时的γ相变行为：
（1）在冷却速率为0.3°C/s、1°C/s和3°C/s时，合金中γ片层析出的起始温度(Ts)与冷却速率(V)呈线性回归关系；γ片层析出的最终温度(Tf)与冷却速率(V)呈线性回归关系。
（2）利用HTLSCM原位观察了合金在氦气氛中的淬火过程。淬火后的Ti-40Al和Ti-45Al均不存在α相有序转变的表面起伏。Ti-49Al发生了大量相变，出现了大量显微组织和少量γ相。Ti-49Al在1044℃左右发生大规模转变。
（3）由于γ片层生长的各向异性，TiAl合金的形核和生长表现为不连续，晶界和晶向对其有影响。对TiAl合金的形核速率和生长速率进行了计算，结果表明，随着冷却速率的增加，合金的形核速率和生长速率逐渐增大。
（4）得到了Ti-40Al、Ti-45Al和Ti-49Al的CCT图。γ相是Ti-40Al中(α2+γ)片层形成的初级相。在中等冷却速率下，Ti-49Al可形成片层状结构，无共析线。
（5）随着冷却速率的增加，TiAl合金的维氏硬度随层间距的减小而增大。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2022.03.004
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.7，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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