界面在钛合金燃烧过程中的作用

高推重比航空发动机中的钛火在燃烧过程中燃烧界面对钛合金燃烧行为有重要影响。研究结果表明,钛合金燃烧产物与空气的界面及产物内部因膨胀系数、Ｐ－Ｂ比不同等原因,均严重开裂、多孔,不能阻止燃烧的持续进行。纯钛和ＴＣ４合金燃烧产物与基体的界面也如此,而Ｔｉ４０阻燃钛合金的燃烧产物与基体的界面致密,界面产物是稳定的具有保护作用的Ｃｒ２Ｏ３,可阻止空气中可燃气体氧向基体内扩散,降低合金的燃烧速度。以此为基础提出了阻燃钛合金的中断氧输送阻燃机理     

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。     

Ti_2AlNb合金的钎焊试验研究

采用箔带状Ti-15Cu-15Ni钎料合金对Ti2Al Nb合金开展钎焊试验研究。随着钎焊温度的升高,钎料合金在基体材料上的润湿角逐渐减小,直至965℃完全润湿基体材料。当钎焊工艺为975℃/10min时,钎焊接头室温抗拉强度可达855MPa,达到基体强度的80%。钎焊界面为冶金结合界面,未见焊接缺陷,界面中心存在10μm宽的钎料元素富集区。该工艺条件下,Ti2Al Nb合金的室温拉伸断口为脆性解理断口,钎料元素富集区处产生了大量的二次裂纹。研究结果为Ti2Al Nb合金钎焊构件的制造技术提供了理论基础。     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。     

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%.     

氩气保护条件下钎焊单层金刚石砂轮的研究

 利用氩气作为保护气体,以 Ni-Cr合金粉末做钎料,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度,实现了金刚石与钢基体的牢固的化学冶金结合。利用扫描电镜和 X射线能谱,结合 X射线衍射结构分析,发现在钎焊过程中 Ni-Cr合金中的 Cr元素分离在金刚石界面形成富 Cr层并与金刚石表面的 C元素反应生成Cr₃C₂ 和 Cr₇C₃,在钢基体结合界面上 Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素。并通过重负荷磨削实验进行验证取得较好的结果。     

等温锻造Ti—47Al—2Cr—1Nb合金显微组织细化机理

Ti 4 7Al 2Cr 1Nb(at % )合金经等温锻造形变热处理后 ,显微组织得到显著细化 ;TEM分析表明 ,TiAl合金在等温变形时 ,形变主要以γ相板条内产生变形孪晶的方式进行 ;大部分变形孪晶垂直于α2 /γ界面 ,热处理时易形成再结晶核心 ,形成等轴γ晶粒     

Ti-Si-B_4C-C系的燃烧反应机理

针对Ti-Si-B_4C-C反应体系,在进行热力学分析的基础上,采用燃烧合成法制备了复相陶瓷粉体,采用XRD、SEM对反应产物的物相和组织结构进行表征,探讨了燃烧反应机理。研究结果表明,所制备复相陶瓷由Ti_3SiC_2、TiB_2、TiC三相组成,其质量分数分别为44.2%、27.9%、27.9%。Ti B2相以棱角分明的颗粒形态存在,TiC相以不规则的球形颗粒存在,两种颗粒弥散分布于具有典型层状结构Ti_3SiC_2基体中。Ti-Si-B_4C-C体系反应机理可以概括为Ti与C的燃烧反应、Ti-Si熔体的形成、B的还原与Ti_3SiC_2的合成、TiB_2的生成与长大四个基本过程。     

TiAl合金与40Cr钢的真空钎焊研究

采用Ag-Cu-Ti钎料进行了TiAl合金与40Cr钢的真空钎焊连接,用拉伸试验对接头的连接强度进行检验,采用扫描电镜、电子探针和X-射线衍射分析等手段对接头断口的形貌、界面原子扩散、界面反应及界面产物进行了分析.研究结果表明,采用Ag-Cu-Ti钎料时得到的焊缝具有很高的强度(426MPa),是因为钎料和TiAl母材中的Ag,Cu,Ti原子发生了互扩散,而且在钎料与母材的界面发生了界面反应,形成了AlCu2Ti相,实现了冶金上的结合.     

钎焊温度对Ti60/AgCu/ZrO_2接头界面组织及性能的影响

采用AgCu钎料实现了Ti60合金和ZrO_2陶瓷的钎焊连接。使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)和X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer,XRD)等分析测试手段,对不同钎焊温度下获得的接头界面组织结构进行了分析。研究表明,Ti60/AgCu/ZrO_2接头典型界面组织为:Ti60合金/α-Ti+Ti_2Cu扩散层/TiCu+TiCu_2/Ag(s,s)+Cu(s,s)/Ti_3Cu_3O反应层/TiO反应层/ZrO_2陶瓷。随着钎焊温度的升高,α-Ti+Ti2Cu扩散层、TiCu+TiCu_2层、Ti3_Cu_3O层及TiO层厚度均逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag(s,s)和Cu(s,s)含量逐渐减少。剪切试验表明,在钎焊温度为900℃、保温时间为10min条件下获得的接头室温抗剪强度最高为124.9 MPa,500℃和600℃抗剪强度分别为83.0 MPa和30.2 MPa。断口分析表明:接头沿ZrO_2陶瓷/钎料界面和靠近该界面的钎缝发生断裂。     

SiO2f/SiO2复合材料自身及其与铜、不锈钢的钎焊

采用AgCuTi活性钎料,在880℃/10min规范下成功实现了SiO2f/SiO2自身、SiO2f/SiO2与Cu和SiO2f/SiO2与1Cr18Ni9Ti三种接头的连接。实验结果表明,三种接头中靠近SiO2f/SiO2母材的界面处均形成了一层薄薄的扩散反应层组织,反应层中出现了Ti和O的富集,根据两者的原子比例推断生成了TiO2相;另外,三种接头中心区都形成了由灰色相和白色相共同组成的Ag-Cu共晶组织,其中灰色相为Cu基固溶体,白色相为Ag基固溶体。接头剪切强度结果显示,SiO2f/SiO2/Cu接头剪切强度为12.4MPa,SiO2f/SiO2/1Cr18Ni9Ti接头剪切强度为18.4MPa,接头中的残余应力是决定接头强度大小的重要因素之一。     

Microstructure, Mechanical Properties and Oxidation Resistance of Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr Alloys

Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr (x=2, 6, 10, 14, 17 at%) alloys are prepared by arc-melting under argon atmosphere. Microstructural characteristics, mechanical properties and oxidation resistance of the arc-melted alloys are investigated. At 2 at% Cr content, the microstructure is composed of Nbss, Nb3Si and a small quantity of Nb5Si3, when the Cr contents increase, Nb3Si disappears. For the high Cr content (x ≥ 10 at%) alloys, besides the Nbss and Nb5Si3, Cr2Nb is also detected. With the increase of Cr content, the volume fractions of Cr2Nb and Nb5Si3 increase, while that of Nbss increases firstly and then begins to degrade when the Cr content is higher than 6 at%. For the alloy with 2 at% Cr, the room temperature fracture toughness is about 14.5 MPa·m1/2, but badly decreases to about 8.5 MPa·m1/2, when the Cr contents increase. Vickers hardness of Nbss tends to increase linearly from about 400 to 500, while that of silicides is not sensitive to Cr contents, about 950. The appearance of Cr2Nb phase significantly improves the high temperature oxidation resistance of the alloys with high Cr contents. The isothermal oxidation tests show that the oxidation kinetics of the alloys with various Cr contents follows parabolic oxidation kinetics.     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

Si和Ti对Nb-6Hf-4Zr-2B合金组织和室温力学性能的影响

 为了寻求Nb合金的强度和塑性的平衡,设计了以Nb基固溶体Nbss为主导相的Nb-xSi-6Hf-4Zr-2B-yTi(x=4,8;y=10,30;原子分数)合金,研究了Si和Ti对合金组织和室温力学性能的影响。结果表明,合金由Nbss、Nb3Si和Nb5Si3等3相组成。4Si-(10,30)Ti合金铸态组织是Nb枝晶和分布在枝晶间的硅化物(Nb3Si和Nb5Si3),8Si-(10,30)Ti合金Nb枝晶间分布的是Nb/硅化物(Nb5Si3)的共晶和Nb3Si,随着Si和Ti含量的增加,硅化物体积分数增加。1 600 ℃退火50 h可使部分Nb3Si共析分解,改变合金的组织形貌和各相的体积分数。随着Si和Ti含量的增加,合金的硬度和强度增加,但塑性和韧性降低。Nb枝晶的失效方式为解理断裂,而硅化物为脆性断裂。     

Effects of B on the Microstructure and Oxidation Resistance of Nb-Ti-Si-based Ultrahigh-temperature Alloy

Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys concocted with boron ranging from 0 to 2 at% are prepared by arc-melting technology. The effects of adding boron on their as-melted microstructure and oxidation resistance are analyzed. The (Nb,Ti)ss, β-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ exist in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf alloy, while (Nb,Ti)ss, α-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ are present in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-1B and Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-2B alloys. The oxidation of Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys is dominated by the diffusion of oxygen through (Nb,Ti)ss. Compared to boron-free alloys, the boron-containing alloys have significantly lower oxidation rate when oxidized at 1 200 °C for less than 50 h, but, for more than 50 h, their oxidation resistance deteriorates.     

Ti3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状

综述了耐高温轻质结构材料Ti3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状，阐述了熔焊、钎焊、扩散焊、TLP扩散连接等主要连接方法的优缺点，指出了实用化研究方向。     

有机凝胶偏二甲肼液滴着火燃烧特性及影响因素实验研究

针对自燃推进剂接触就能着火燃烧的特点,设计实现了高压飞滴及常压挂滴两套单液滴燃烧实验系统,并开展了有机凝胶偏二甲肼（UDMH）液滴在四氧化二氮（NTO）氧化剂环境中着火燃烧的实验研究,深入分析了其着火燃烧特性及NTO氧化剂浓度、温度、压力、对流速度、液滴初始尺寸的影响。结果表明：有机凝胶UDMH液滴表面液体燃料耗尽后会形成弹性胶凝剂膜,促使液滴内部出现沸腾蒸发及非稳态蒸汽喷射,导致燃烧火焰出现剧烈扰动。NTO浓度升高,增大了扩散燃烧火焰范围,加速液滴表面燃料蒸汽分解燃烧,有利于提高燃烧速率。NTO温度越低,着火延迟时间越长,并容易导致熄火。NTO对流速度越大,也会增加着火延迟时间,且更容易形成脱体火焰,使其燃烧速率降低。凝胶液滴尺寸越大,其着火延迟时间受对流速度的影响明显减小。NTO压力升高会抑制燃料蒸汽喷射强度,形成更稳定且更靠近液滴表面的双火焰结构。