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γ-TiAl基合金由于其低密度、高弹性模量、优异的高温强度和抗氧化性能,成为极具潜力的高温结构材料,但是其室温脆性差和难加工性成为实际应用的最大障碍。由于γ-TiAl合金的强度和塑性强烈依赖于微观组织的尺寸和形貌,传统上常采用不同方法细化组织以改善加工性能,但这些方法多工艺复杂、成本高昂,不利于工程应用。本文采用工艺简单、短时、节能的脉冲电流辅助烧结技术,制备出致密、均匀、具有不同微观组织的γ-TiAl基合金,并通过控制微观组织的方法改善了室温脆性、实现了低温超塑性。 在制备过程中,研究了升温速度、烧结温度、烧结时间等工艺参数对制备的合金微观组织的影响。通过升温速度2~9℃?s,烧结温度1200~13001?℃,烧结时间5~15min的范围内试验,确定1250℃的烧结温度和5min的烧结时间较利于获得致密、均匀、细小的微观组织。 以4.5、3.8、3、2.5、2℃?s速度升温至1250℃烧结5min工艺条件下1?分别得到了等轴细晶近γ组织、细晶双态组织、近片层组织、细全片层组织、粗全片层组织。研究发现,这些组织中的晶粒尺寸、片层团体积分数、片层间距对室温力学性能产生很大影响。其中双态组织室温综合力学性能较好,室温延伸率达到4.51%,室温脆性得到改善。 针对等轴细晶γ-TiAl基合金不同温度拉伸性能对比发现,制备的γ-TiAl基合金存在强度的反常温度效应,具体表现为20℃~600℃,试件强度体现正温度系数。研究表明这种反常温度效应是由于随着测试温度的升高,大量缺陷产生,构成了有效滑移的障碍,大大提高了临界分切应力的缘故。 通过不同组织高温拉伸性能测试,结果表明等轴细晶组织具有更加优异的高温拉伸性能,在950℃~1000℃,应变速率为1.040×10-4s-1~2.083×10-4s-1时获得的延伸率超过240%,最大延伸率达到437%,实现了低温超塑性。在超塑性变形过程中,晶粒动态长大;变形后组织内出现γ/α2云团状组织或拉伸轴方向的单向条带;大晶粒α2相附近发现孔洞,并且随着拉伸测试温度的升高,孔洞数量减少,尺寸变小;高温拉伸断口基本上为延性断裂,但在云团状组织区为脆性解理断裂。 利用等轴细晶近γ组织高温下的超塑性能,在1250℃实现了γ-TiAl合金叶片模拟件的挤压一次性成形,成形件质量良好、性能提高,并且工艺简单,材料利用率高,成本低。