摘要
TiAl基合金具有低密度、高比强度、比刚度和比模量，优异的耐高温、耐腐蚀性以及较好的抗氧化和抗蠕变等优点，在航空发动机、燃气轮机和汽车涡轮增压器领域有广阔的应用前景。但是，因其高温强度高、导热率低和室温脆性等特性，使得材料切削加工困难，严重地阻碍了TiAl基合金在工业中的实际应用。本文选用Ti-48Al-2Cr-8Nb气雾化预合金粉末，通过放电等离子烧结工艺制备出高性能TiAl基合金并基于加工机理选定一组表面质量较好的切削参数。 首先分析了不同烧结温度下粉末材料的致密化机制，如烧结初期（T≤880℃）粉末颗粒在压力作用下的紧密重排，烧结中期粉末颗粒的塑性变形和相邻颗粒间的物质迁移推动致密化进入高速阶段，烧结后期（T≥1250℃）TiAl基合金独有的平衡相变使得致密化快速完成。通过扫描电子显微镜观察了不同烧结温度下烧结体的显微结构，并采用X射线衍射技术进行相成分分析，以此研究Ti-48Al-2Cr-8Nb合金中等轴近γ型结构（NG）、双态结构(DP)、全片层结构（FL）和X结构的形成过程和相转变机理。力学性能通过测试烧结体的维氏硬度、室温抗弯和压缩性能进行表征，结果表明烧结温度为1300℃下的细晶DP结构(层片占比10%)具有最高的维氏硬度和室温抗弯强度，大小分别为290HV和675MPa，而烧结温度为1350℃时的DP结构(层片占比70%)具有最好的室温压缩性能，其室温压缩强度和应变率分别为2544MPa和35.44%。 采用机械球磨工艺对Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末进行烧结前处理，研究了不同粉末状态对其放电等离子烧结性能的影响。分析了SP粉末（球状预合金粉末）和MP粉末（球磨12小时后预合金粉末）在不同烧结温度下制备出的TiAl合金的密度、微观组织、维氏硬度和断裂强度的变化规律。研究结果表明采用MP粉末所烧结的Ti-48Al-2Cr-8Nb合金密度、维氏硬度和室温抗弯强度（25℃）比SP粉末所烧结的TiAl合金显著提高，具体表现在粉末球磨后TiAl材料烧结致密化温度降低了100℃，1250℃烧结温度下其维氏硬度提高了15%且室温抗弯强度增加了51.9%。显微组织分析表明当Ti-48Al-2Cr-8Nb合金具有细小晶粒相组织结构时，其抗弯强度最好。 Ti-48Al-2Cr-8Nb预合金粉末烧结过程中当温度超过Tγ(1250℃)时，烧结体中γ相晶粒有个明显的细化过程，根据细化机制研究了γ相晶粒细化原位多次烧结工艺，实验结果表明采用原位二次烧结工艺后，合金中的γ相晶粒尺寸仅为7-10μm。此外，将原位多次烧结工艺扩展到层片结构的TiAl基合金上，使得片层团尺寸从100-150μm生长到2-3mm。通过设计正交试验（L9(33)）研究了不同铣削参数对细晶γ相TiAl基合金表面质量的影响，确定了铣削细晶γ相TiAl基合金精加工切削参数：vc=80m/min、ap=0.05mm、f=0.005mm/tooth。
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