添加少量錳能改善鈦鋁合金的室溫延性。本文則主要研究錳對(duì)鈦鋁合金塑性變形的影響，重點(diǎn)是就二元鈦鋁合金和添加錳的鈦鋁合金室溫塑性改善的幾種機(jī)制及可加工性進(jìn)行討論。
一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程
TiAl及TiAl+2％Mn合金錠是在非自耗真空電弧爐中，于氬氣保護(hù)下熔煉的。試樣經(jīng)1100℃退火24h，退火后進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，用線(xiàn)切割機(jī)從中切取2．9mm×0．4mm薄圖片。將薄圓片磨成0．1mm厚后，用雙噴技術(shù)制取透射電鏡樣品。再在H—800透射電子顯微鏡上進(jìn)行觀(guān)察。操作電壓為200kV。
為了進(jìn)行熱擠壓，加錳合金試樣經(jīng)線(xiàn)切割成d25mm的圓棒，用碳鋼進(jìn)行包套。熱緞樣品為d6mm的小圓棒，亦用碳鋼包套后進(jìn)行熱鍛。
二、結(jié)構(gòu)與討論
1、變形亞結(jié)構(gòu)
二元TiAl合金經(jīng)過(guò)輕微變形后，可觀(guān)察到具有柏氏矢量為d／2[110]的正常位錯(cuò)。隨著變形量的增加，這些位錯(cuò)以相互纏結(jié)的網(wǎng)狀出現(xiàn)并形成胞狀結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)理性變形產(chǎn)生重大作用。隨著變形量的進(jìn)一步增加，則出現(xiàn)大量層錯(cuò)偶極子，并且，這種層錯(cuò)偶極子的密度會(huì)隨著塑性變形量的增加而增加。
在與此二元TiAl合金相同的變形條件下，TiAl+Mn三元合金的位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)有三個(gè)顯著不同待征：其一是沒(méi)有觀(guān)察到層錯(cuò)偶極子；其二是發(fā)現(xiàn)有大量的堆垛層錯(cuò)帶；其三是有大量的孿晶。
Hug等人研究了超位錯(cuò)的詳細(xì)分解情況，其中包括Ti54Al合金中的[101]型以及a／2[112]型。他們認(rèn)為這些超位錯(cuò)形成層錯(cuò)偶極子，而這些層錯(cuò)偶極子的層錯(cuò)是外稟層錯(cuò)，且其邊界是a／6[112]型不全位錯(cuò)。然而我們的觀(guān)察和分析表明，在Ti50Al合金中所觀(guān)察到的層錯(cuò)偶極子，是由a／6[112]型不全位錯(cuò)包圍的內(nèi)稟層錯(cuò)，并且所有觀(guān)察到的層錯(cuò)偶極子都是在[111]滑移面上形成的。
一些前期研究工作認(rèn)為，單相TiAl室溫脆性是由[011]和[101]型超位錯(cuò)的某些部分被一種尚不清楚的機(jī)制釘扎造成的。這種釘扎形成高密度的層錯(cuò)偶極子，包圍層錯(cuò)的是1／6[112]型不全位錯(cuò)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)，在大約700℃左右被釘扎的超位錯(cuò)克服其釘扎障礙，并且層錯(cuò)偶極子消失，于是呈現(xiàn)出明顯的塑性。很顯然，TiAl金屬間化合物的塑性變形特性是與層錯(cuò)偶極子緊密相關(guān)的。
正如上述實(shí)驗(yàn)所指出的，少量Mn的添加可使層錯(cuò)偶極子消失。造成這一現(xiàn)象的原因，主要是由于Mn的添加消除了室溫時(shí)對(duì)a／6[112]不全位錯(cuò)的釘扎效應(yīng)，從而增加了超位錯(cuò)的可動(dòng)性，使塑性得到了改善。
從堆垛層錯(cuò)帶的襯度特征看、它們是屬于相互重迭層錯(cuò)。當(dāng)相互平行的(111)面上彼此近鄰的層錯(cuò)相互重迭時(shí)，由于相鄰面上兩個(gè)層錯(cuò)堆垛時(shí)的相角差是±2π／3，這就導(dǎo)致衍射條紋發(fā)生位移。這些相互迭蓋的堆垛層錯(cuò)實(shí)際上是變形孿晶的胚胎，它們是由螺旋型孿生位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)時(shí)形成的。
Mn的加入不僅降低了TiAl合金的堆垛層錯(cuò)能，同時(shí)，增加了a／6[112]不全位錯(cuò)的可動(dòng)性。這些a／6[112]型位錯(cuò)也是孿晶位錯(cuò)。因此，孿晶對(duì)變形起到了重要作用，對(duì)塑性增加也作出了顯著貢獻(xiàn)。
2、加錳TiAl合金的加工性
通過(guò)加入2％左右的Mn可使TiAl合金的室溫塑性得到明顯的改善。為了考查加Mn合金的可加工性，我們對(duì)TiAl+2％Mn合金進(jìn)行了高溫?zé)釘D壓和熱銀實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在擠壓溫度為1100℃時(shí)，選擇合適的擠壓速度，在擠壓比小于6時(shí)，能夠得到?jīng)]有明顯裂紋的完好擠壓樣品。
實(shí)驗(yàn)表明，在1100℃下熱鍛可以獲得變形過(guò)為28％而元表面裂紋的樣品。
從顯微組織可以看出，經(jīng)熱擠壓和熱鍛后TiAl+Mn合金的晶粒明顯被拉長(zhǎng)了。此外，還可以看到部分回復(fù)和再結(jié)晶組織。
