凝固速率对TiAl合金取向微观组织的影响(2)
但是，钛铝合金具有室温下呈脆性，延展性不足，变形加工性和耐磨性较差，高温(>850℃)时抗氧化能力差等缺点。为了解决上述缺点所带来的问题，国内外进行了众多的研究开发，获得了新的钛铝合金及其制备技术[6]。
美国普拉特惠特尼航空公司在20世纪最早将定向凝固技术应用于高温合金[7]。定向凝固技术由于其能够制备定向组织以及单晶材料等，被广泛应用于Ti-Al合金的研究中，并且得到了迅速的发展。但是过去的定向凝固方法由于陶瓷坩埚易于脱落杂质等特点而易导致制备的试样被污染。目前发展出来的冷坩埚定向凝固技术有机结合了冷坩埚技术、连续成型技术和定向凝固技术三者，可以有效避免污染，因而得到了快速的发展与应用[8]。
目前Ti-Al合金的主要研究方向包括合金化、Ti-Al合金的制备以及组织控制。合金化主要指的是通过添加合金元素以提高Ti-Al基合金的综合力学性能。制备是指尽可能采用设备技术手段得到无污染的铸锭。如今，通常利用冷坩埚定向凝固法可以避免坩埚材料对铸锭所造成的的污染[9]。组织控制有两种方法：一是籽晶法，通过引入籽晶材料。另一种为非籽晶法，主要是通过改变凝固路径来控制定向凝固组织的片层取向，用这种方法可以定性的研究一些工艺参数等对定向凝固组织性能的影响[2]。
在众多合金元素中，β稳定元素Nb不仅可以提高Ti-Al合金的高温强度、抗氧化性能和抗蠕变性能，还可以细化组织。因此，高铌Ti-Al合金的熔点比一般Ti-Al合金更高，并且其室温拉伸性能与断裂韧性及蠕变抗力之间不存在反常关系，抗氧化性更是优于其它Ti-Al合金，由于Nb元素的加入，合金的使用温度提高60～100℃[10-11]。
也就是说，高铌Ti-Al合金等通过加入其他元素，来改变材料性能的研究方向是十分具有前景的。此外定向凝固具有一些缺点，现在采用定向热处理的方法来研究制备Ti-Al合金的方向也被很多人看好。Ti-Al合金很多方面也将会进入到实用领域。
1.2 Ti-Al合金的组织与性能
材料的结构在一定程度上决定其性能，因此想要掌握材料的性能首先要弄清楚其结构。γ-Ti-Al 合金是指以Ti-Al金属间化合物作为基体的合金，是一种双相中间合金，简称为Ti-Al基合金[12]。γ-Ti-Al微观组织是由（按照相的成分）单相γ合金和双相（α2+γ）合金构成，目前研究的重点主要是Al含量范围在44-48(at.%)的合金 [13-14] 。Ti-Al二元相图如图1.1[15]所示。
图1.1 Ti-Al二元相图[15]
对Ti-Al 合金进行热处理后，从α+γ两相区缓慢冷却到室温，经过不同的热处理工艺后，可以的得到如下四种典型的微观组织[16-17]：全片层组织（full lamellar，即FL）、近片层组织（near lamellar，即NL）、双态组织（duplex，即DP）、等轴近γ组织（near gamma，即NG），如图1.2[10]所示。
图1.2 Ti-Al合金四种典型的显微组织（FL,NL,DP,NG）[10]
由相图可以得出，四种组织的获得是以退火为前提，而后经过冷却得到的，不同的组织热处理温度也不相同[18]。如，FL是在刚超过Tα温度进行热处理，NG则是在刚刚高于共析温度时进行热处理。所得到的为γ/α2片层团同时可能伴有不同粗细γ和α2晶粒的组织[19-22]。
随着冷却过程的进行，α相会按照相图所示分解，得到α2和γ的全片层组织。α2和γ之间具有一定的确定的位向关系即Blackburn关系：（0001）α2∥｛111｝γ、<11120>α2∥<110>γ[23]。这个相变过程通常有两种方式：①α→α2→α2+γ；②α→α+γ→α2+γ[24]，其中第一种是α→α2仅为有序相变，第二种是α→γ为扩散型相变，涉及到原子的扩散，相对较困难。