引言 由于钛及其合金的加工难度大，初期应用的(2)
2013-07-21 01:02
导读：为BT20 合金试样中部金相显微组织照片。当粉料为Al2O3 时，试样组织粗大，针状组织数量少；而以ZrO2 为粉料的BT20 合金试样，基本上为细小的针状 组织。
为BT20 合金试样中部金相显微组织照片。当粉料为Al2O3 时，试样组织粗大，针状组织数量少；而以ZrO2 为粉料的BT20 合金试样，基本上为细小的针状α 组织。从前面分析可以看出，当粉料为ZrO2 时，TA2 合金、TC4 合金以及BT20 合金的显微组织要比粉料为Al2O3 时的细小，这可能是由于以ZrO2 为粉料时型壳的导热性好，晶粒来不及长大，所以组织细小。
2.2 钛合金与型壳界面反应层的线扫描分析
钛及钛合金在高温熔融状态下的化学反应性十分活泼，这使得钛及钛合金与氧化物陶瓷型壳之间都有不同程度的化学反应，并在铸件表面形成污染层，造成对铸件表面及内部质量的影响，因此，对钛及钛合金熔体与型壳的界面相互作用的研究具有很大的实际意义。本文采用电子探针微区分析(EPMA)，对不同类型钛合金与不同型壳材料的反应进行了界面反应测试与分析，得到各元素在型壳与钛合金组织反应层中的分布情况。
是TA2 合金与不同型壳材料反应的界面线扫描照片。由可以看出，Si 元素在2 种不同粉料得到的TA2 合金中，是作为SiO2 小颗粒黏着在试样表面而引入的，没观察到Si 元素的扩散，存在仅限于表面上附着的型壳残余部分内。至于Al 元素在粉料为Al2O3 的合金中，则扩散得很深入，约30～40 μm。值得注意的是，粉料中Al 元素的浓度梯度不大，扩散层的分界线不那么明显。
O 元素在这2 种以不同粉料制备的同种合金中，分布情况有很大的不同：在粉料为Al2O3的合金中，O 有着约20 μm 的扩散距离；而在以ZrO2 为粉料的合金里，O 与Si、Al 在局部区域(合金表面的型壳残余附着层)有着近乎同步的分布规律，这表明O 被牢牢的束缚在SiO2与Al2O3 的化学键内，没有进行扩散或者没有观察到扩散。
内容来自www.nseac.com
是TC4 合金与不同型壳材料反应的界面线扫描照片。可以看到，V 在2 个试样中的分布都未曾受到型壳与液态金属反应的影响，它的2 条分布曲线都比较平稳。
Al 元素在以Al2O3 为粉料的合金里，仍旧有着不小的扩散距离；而在ZrO2 作为粉料的合金中，Al 元素只是作为合金的成分，分布曲线很平稳。
值得注意的是，在Al2O3 为粉料的合金里，出现Si 的扩散现象，而没有相应的O 元素的同步的曲线分布，故可以认为，在此发生了典型的包含Si 元素的界面反应。
是型壳材料分别为刚玉和ZrO2，浇注合金为BT20 产生的界面反应的线扫描分析照片。可以看出，在粉料为Al2O3 的合金里，可明显看出Al2O3 颗粒附着在试样的表面，Al元素依旧扩散30～40 μm，而且还有Si 的扩散现象发生。Zr 元素在以ZrO2 为粉料的合金里，扩散距离不大于20 μm。
3 结论
1）型壳材料的选择对合金组织形态有很大的影响。Al2O3 和ZrO2 粉料对TA2 合金引起的组织形态上的差别不是很大，以ZrO2 为粉料制得的实验组织比Al2O3 的稍微好一些；而对于另外2 种合金BT20 与TC4 合金，这种差异要显著得多。
2）从反应界面的线扫描分析中可以得出：ZrO2 作为型壳材料要比Al2O3 稳定，等温情况下Zr 元素在同种钛合金的扩散距离约为Al 的1/3，所有的以Al2O3 为粉料的试样都发生了明显的Al 元素的扩散现象，只有部分以ZrO2 为粉料的试样（BT20）发生了Zr 的扩散现象，且不十分明显。
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参考文献
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