真空吸铸TiAl基合金组织研究

利用金属型真空吸铸技术获得了TiAl基合金薄板件,并研究了该铸件的铸态组织以及合金元素对其组织的影响。实验结果表明:由于金属型的强制冷却作用,金属型真空吸铸的Ti-47Al合金薄板铸件铸态组织细小,平均晶粒尺寸在60μm左右;W元素的添加有利于B2相的形成,从而细化组织,其机理是B2相阻碍了α晶粒长大;Si元素添加生成的Ti5Si3相,主要分布在晶界处,形成的Ti5Si3第二相质点会阻碍TiAl基合金凝固过程中组织的长大,有利于细化TiAl基合金组织。     

Al_2O_3/TiAl 复合材料的原位合成、结构与性能研究(英文)

以 Ti, Al, TiO2和 Nb2O5混合粉为原料,采用热压反应合成技术制备了 Al2O3/TiAl 复合材料。对复合材料的微观组织与力学性能进行了研究。结果表明:产物由γ-TiAl, α2-Ti3Al, Al2O3和 NbAl3相组成。原位反应形成的细小 Al2O3粒子主要分布在基体晶界处。随着 Nb2O5含量的增加,晶粒明显细化,Al2O3粒子呈弥散分布在基体中。最终形成了由γ和γ α2构成的特殊组织。随着 Nb2O5含量的增大,复合材料的硬度逐渐增大,抗弯强度和断裂韧性在 Nb2O5含量为 6 wt%时达到最大,分别为 398.5 MPa 和 6.99 MPa·m1/2。     

Al-TiO2-C系原位合成铝基复合材料高温拉伸性能及断裂机理

讨论了Al-TiO2-C反应系原位反应合成铝基复合材料的常温和高温拉伸性能及其断裂机理.当C/TiO2摩尔比为0时,增强相由α-Al2O3和Al3Ti组成,随C/TiO2摩尔比的增加,Al3Ti逐渐减少,在C/TiO2摩尔比为1时,Al3Ti基本消失.室温抗拉强度和延伸率随C/TiO2摩尔比的增加而同步提高,分别由250.4 MPa和4.0%上升到350.8 MPa和6.0%.SEM观察发现有的Al3Ti自身解理开裂,并在四周形成较大韧窝,拉伸时裂纹核可在Al3Ti棒中和基体中α-Al2O3的聚集处形成,并分别在棒的解理面和基体中扩展引起断裂.高温时,热错配应力促使裂纹核先于基体在Al3Ti棒与基体的界面萌生扩展,Al3Ti从基体中脱离,断口出现洞坑,C/TiO2摩尔比为1的复合材料在727K时,拉伸强度降为93.3MPa,延伸率升为11.0%.     

Ho_2O_3掺杂对原位合成HoAl-Al_2O_3/TiAl复合材料显微组织及性能的影响

采用固态置换反应原位合成工艺,利用Al—Ti—TiO2-Ho2O3体系的放热反应合成了HoAl-Al2O3／TiAl复合材料。利用XRD和SEM分析了Ho2O3掺：枭对原位合成HoAl,Al2O3颗粒强化钛铝基复合材料显微组织的影响,探讨了稀土氧化物（Ho2O3）的细化机制。测试了力学性能。结果表明：Al—Ti—TiO2-Ho2O3系原位合成的HoAl-Al2O3／TiAl复合材料由TiAl,Ti3Al,Al2O3以及HoAl相组成;HoAl金属间化合物弥散分布于基体晶粒和Al2O3颗粒交界处,限制颗粒长大,细化基体晶粒与Al2O3,颗粒,同时提高了HoAl,Al2O3颗粒在基体中的分散度;Ho2O3的引入改善了复合材料的力学性能。     

Compound Ceramic Coatings Grown by Micro-plasma Oxidation on Ti-6Al-4V Alloy

Compound ceramics coatings on the Ti-6Al-4V alloy were prepared by the direct current micro-plasma oxidation (MPO) in NaAlO2 solution. The composition and morphology of the coatings were studied with the X-ray diffraction (XRD) and the scanning electron microscopy (SEM), respectively. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometer technique was used to analyze the solution features of Ti-6Al-4V alloy in the process of preparation. The results reveal that Al2TiO5 forms in the coatings at the initial stages of MPO reaction, and its content changes rapidly with the reaction continuing: after 20 min, the ceramics coatings are composed of α-Al2O3, γ-Al2O3 and Al2TiO5, but after 40 min, its main composition is of α-Al2O3. The content of Ti in the solution will increase when the MPO time extends, and as will Al in the anode area until, after 30 min, it reaches the maximum and keeps constant from then on. Both substrata of Ti and Al in the electrolyte join the MPO reaction at the initial stage, where the formation of Al2TiO5 happens; but as the MPO reaction prolongs, more and more Al in the electrolyte will take part in the reaction, leading to the appearance of a large amount of Al2O3.     

SHS法制备硼化物陶瓷粉体的表征分析

采用自蔓延高温还原合成方法制备TiB2,TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3陶瓷粉末.利用XRD,XPS,SEM以及TEM等分析测试手段对合成粉末进行表征和分析.结果表明,TiB2,ZrB2和Al2O3分别以主晶相的形式存在于所合成的各自粉体之中.相比之下,TiB2单相陶瓷粉末颗粒分布较宽.由于自蔓延高温合成(SHS)温度很高,部分颗粒形成团聚,宏观上使颗粒的平均粒径变大(＞5μm);而TiB2-Al2O3和ZrB2-Al2O3复合陶瓷粉末,因合成过程中Al2O3的形成,使得颗粒粒度分布明显变窄,分布均匀,颗粒尺寸也相应减小.分析认为这主要与复合粉末合成过程中,不同颗粒间形成良好结合的界面有关.     

Compound Ceramic Coatings Grown by Micro-plasma Oxidation on Ti-6Al-4V Alloy

Compound ceramics coatings on the Ti-6Al-4V alloy were prepared by the direct current micro-plasma oxidation （MPO） in NaAlO2 solution. The composition and morphology of the coatings were studied with the X-ray diffraction （XRD） and the scanning electron microscopy （SEM）, respectively. Inductively coupled plasma atomic emission spectrometer technique was used to analyze the solution features of Ti-6Al-4V alloy in the process of preparation. The results reveal that Al2TiO5 forms in the coatings at the initial stages of MPO reaction, and its content changes rapidly with the reaction continuing： after 20 min, the ceramics coatings are composed of α-Al2O3, 7-Al2O3 and Al2TiO5, but after 40 min, its main composition is of α-Al2O3. The content of Ti in the solution will increase when the MPO time extends, and as will Al in the anode area until, after 30 min, it reaches the maximum and keeps constant from then on. Both substrata of Ti and Al in the electrolyte join the MPO reaction at the initial stage, where the formation of Al2TiO5 happens; but as the MPO reaction prolongs, more and more Al in the electrolyte will take part in the reaction, leading to the appearance of a large amount ofAl2O3.     

原位反应合成Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料的显微结构分析

利用Al-Ti-TiO2体系原位反应合成了Nb掺杂Al2O3／TiAl复合材料。借助XRD和SEM研究了Nb掺杂Al2O3／TiAl的显微结构以及Nb引入量对复合材料显微结构的影响。结果表明，复合材料由TiAl、Ti3Al、Al2O3、Nb和NbAl3相构成，细小Al2O3颗粒分布于基体晶粒交界处，存在一定的团聚；Nb元素引入量的高低，可调节产物中TiAl和Ti3Al的相对含量，随Nb含量的增大，TiAl含量逐渐减少，Ti3Al则逐渐增大；同时，基体晶粒和Al2O3颗粒均有所细化，且分布逐渐均匀，材料的均匀性得到改善。     

Ti-Al-TiO2系的热压合成及反应过程研究

利用Ti-Al-TiO2系的放热反应,以原位合成和联合引入Al2O3颗粒的思路经热压合成了TiAl基复合材料。借助DTA研究了Ti-Al-TiO2系的反应过程,并采用XRD、SEM等检测手段表征了产物的相组成及微观结构。结果表明:Ti-Al-TiO2系的反应始于Al的熔化,首先发生了Ti和Al的化合反应最早生成了TiAl3;继而引发了Al和TiO2的还原反应,释放出大量热量;最后非稳定态TiAl3与Ti结合经竞争扩散反应,生成稳定态的TiAl和Ti3Al。产物由TiAl、Ti3Al和Al2O3三种物相组成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚。Al2O3的引入,使得基体晶粒尺寸变小,但脆性相含量增多。     

快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶／非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。     

Primary Solidification Phase and Lamellar Orientation in Directionally Solidified Ti-45Al-7Nb Alloy

Primary solidification phase and lamellar orientation are investigated in Ti-45Al-7Nb alloy at very high ratio of temperature gradient to growth rate (G/v) by a liquid-metal-cooled directionally solidified method. It shows that Ti-45Al-7Nb alloy solidifies with primary α phase. Longitudinal (parallel to growth direction) microstructure shows that α dendrites in solid-liquid mushy zone are discontinuous and transverse microstructure of α dendrites is worm-like feature. Growth direction of α phase is about 80° away from〈0001〉α direction, and close to〈1120〉α direction. The corresponding lamellar orientation is aligned at the angle of about 10° to growth direction, which is consistent with α-dendrite growth direction according to Blackburn orientation relationship. Therefore, due to the altered growth direction of α phase, the lamellar orientation in Ti-45Al-7Nb alloy is controlled at the G/v ratio of 5×109 K·sm-2.     

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。     

TC11钛合金的组织及塑性与其断裂韧性及裂纹扩展速率的关系

研究了TCll合金的组织及拉伸塑性(ψ)与断裂韧性(K_(IC)及裂纹扩展(da/dN)的关系。指明:K_(IC)及da/dN与ψ的关系取决于合金的组织类型。对片状组织及等轴组织进行了具体分析。     

Ti-51.8at%Ni形状记忆合金中Ti_3Ni_4相的析出过程

 用透射电镜系统地研究了Ti-51.8at％Ni形状记忆合金在300～600℃时效时Ti_3Ni_4相的析出过程。结果表明:Ti_3Ni_4相以均匀成核方式从过饱和基体中弥散析出。时效初期,Ti_3Ni_4相为细小颗粒状;随时效时间延长或时效温度升高,Ti_3Ni_4相逐渐长大为透镜片状,最终粗化为粗片状。Ti_3Ni_4相通常与基体保持良好的共格关系,其共格应变场衬度随Ti_3Ni_4相尺寸增大而变化,至Ti_3Ni_4相聚集粗化后,与基体的共格关系逐渐丧失,并在其周围基体中产生位错,位错的柏氏矢量为1/2(111)_(B2)或1/2(111)_(B2)。     

Ti3Al基合金板材的超塑性研究

研究非典型等轴细晶的两种不同轧制变形量的Ti3Al基合金热轧板的超塑性变形行为及其变形前后的显微组织。研究结果表明:该合金在超塑性变形过程中组织会转化为有利于超塑性的细小等轴组织。其在变形温度为940～1020℃,应变速率为2×10-4～2×10-3S-1时具有良好的超塑性,其最大伸长率可达859.5%,应变速率敏感指数达0.43,该合金超塑性变形的主要机制是晶界滑动,而且这种非典型等轴细晶条件下超塑性变形时晶内变形以及位错蠕变所起的作用比在等轴细晶态组织条件下的作用更为显著。对非典型等轴细晶的Ti3Al基合金热轧板,无需进行复杂热处理,也可以获得良好的超塑性,更具有工业意义。     

Ti/Al/Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶层状复合材料界面相组成

利用DSC对真空甩带法制得的Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶薄带进行热分析,据此选择在693 K(T_g),753 K(T_g~T_(x1)),813 K(T_(x1))下对非晶合金进行不同时间真空热处理,分析非晶晶化行为,并以Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶合金、TA2和纯Al为原材料,利用Gleeble-3500热模拟试验机在873 K/10 MPa/8 h下制备层状复合材料,采用SEM、TEM、显微硬度计并结合热力学和元素扩散理论对界面层相组成、析出次序和性能进行研究。结果表明:Ti_(46)Zr_(26)Cu_(17)Ni_(11)非晶玻璃转变温度T_g=720 K,初始晶化温度T_(x1)=788 K;非晶晶化首先生成亚稳相I相,随后进一步析出三元或四元Laves相和Ti Ni相;热压后,纯Al和非晶晶化层间界面由薄层Al_3Ni和晶粒细小结构均匀的Al3(Ti0.6Zr0.4)层组成,界面平直无缺陷,总厚度与纯Ti、纯Al间界面层厚度比约为6.5∶1;Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))和Al_3Ti硬度相近,分别为(564.20±10.46)HV和(579.83±15.26)HV,但Al_3(Ti_(0.6)Zr_(0.4))层塑性更好。     

快速凝固Al—Cr—RE合金的显微组织与性能

利用真空单辊急冷装置，在相同的工艺参数条件下，制备了成分为Al-（4-10wt％）Cr－4wt％RE（RE为富La混合稀土）的四种合金傅带。利用X光衍射、透射电子显微镜、电子探针及能谱分析等手段研究了快速凝固合金的显微组织及相组成；用显微硬度计及电子拉伸机分别测定了合金的显微硬度和拉伸强度。试验表明，AI－（4－6wt％）Cr－4wt％RE合金是很有前途的高温铝合金。     

快速凝固/粉末冶金高阻尼铝合金挤压成形过程的数值模拟

 采用有限元分析软件ANSYS，分析了快速凝固/粉末冶金 (Rapidly Solidified/Powder Metallurgy，RS/PM)高阻尼铝合金FMS0714/10(Zn-30Al)的挤压成形过程，研究了模具与坯料间的摩擦条件和挤压比对阻尼铝合金成形过程的影响，探讨了挤压过程材料表面产生裂纹的机理，进行了成形工艺优化。研究结果表明：挤压过程中FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料的流动与变形不均匀，导致了应力应变分布的不均匀：材料表面应力应变较大，芯部应力应变较小；表面过大的应变和轴向拉应力是表面裂纹的诱因；减小模具和坯料间的摩擦，增大挤压比，可以减小材料表面应力，使应变分布趋于均匀，从而减少材料表面损伤，优化材料表面质量，提高成品合格率。数值模拟的研究结果将为FMS0714/10(Zn-30Al) 阻尼铝合金材料挤压工艺的制订以及新材料的设计和研制提供有益的参考。