一种TiAl合金高温低循环疲劳性能及失效机理

通过对TiAl合金进行总应变范围控制的高温(750℃)低循环疲劳实验,研究双态(Duplex,DP)和全片层(Fully Lamellar,FL)组织形态对TiAl合金低循环疲劳性能和寿命的影响,并采用总应变幅-寿命方程对两类组态TiAl合金低循环疲劳寿命进行预测。结果表明:在相同温度和应变条件下,DP组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力明显低于FL组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力;采用总应变幅-疲劳寿命方程能够准确预测两种组态TiAl合金在750℃下的疲劳寿命,预测寿命基本位于试验寿命的±2倍分散带以内;另外,DP组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的近心部,而FL组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的次表面,两类组态TiAl合金的高温疲劳失效机理存在明显差异。     

微量B和C对TiAl合金铸锭缩孔缩松的影响

采用真空感应磁悬浮熔炼合金、重力浇注入室温石墨模具的方法,分别制备了Ti-47Al-2Cr-2Nb,Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.8B和Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.1C 3种名义成分的铸锭.对铸锭进行成分分析并利用体视显微镜和扫描电子显微镜对铸锭的铸造收缩缺陷和组织进行分析.结果表明:Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭有很强的柱状晶生长趋势,在轴线附近区域形成分散的缩松;加入0.8%B(原子分数)后,铸锭的组织得到细化,并削弱了柱状晶生长趋势,收缩缺陷分布集中以大缩孔方式存在,显微缩松的密度和尺寸均降低.添加0.1%C(原子分数)后,铸锭的组织和缩孔缩松与Ti-47Al-2Cr-2Nb比均无明显变化.     

阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

采用电化学阳极氧化技术在含NH4F的乙二醇电解液中对TiAl合金进行阳极氧化处理。研究阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响。结果表明:由于“卤素效应”,阳极氧化处理的TiAl合金经高温氧化后表面形成致密、连续的Al₂O₃氧化膜,有效阻止了氧的内扩散,进而显著提高合金的抗高温氧化性能。经1000℃氧化100 h后,阳极氧化试样增重由未经阳极氧化处理试样的85.86 mg/cm²降至0.67 mg/cm²。另一方面,阳极氧化TiAl合金表面硬度和弹性模量随高温氧化时间延长呈先降低后升高的趋势。阳极氧化TiAl合金在高温服役后,合金的摩擦系数较未经阳极氧化处理试样上升,但表面耐磨性先降低后升高。这是由于TiAl合金经阳极氧化后,表面形成了一层富铝含氟氧化膜,由于氧化膜中F元素在高温氧化过程中与Ti、Al结合形成卤化物,卤化物蒸气选择性扩散在原始氧化膜处形成致密的Al₂O₃保护膜。阳极氧化对TiAl合金力学性能的影响主要是由于氧化膜中Al₂O₃的含量变化所致。     

TiAl金属间化合物缺口断裂性能

 TiAl合金作为准脆性材料,在其服役过程中由于缺口的存在使得断裂对缺口非常敏感,严重降低了其使用性能,因此需要研究TiAl合金在缺口作用下的断裂性能。采用带缺口的组合拉伸试样研究了温度和拉伸速率对具有近全片层组织Ti-48Al-2Cr-2Nb合金缺口断裂性能的影响。结果表明,室温下TiAl合金对缺口非常敏感,随着温度的升高,TiAl合金对缺口敏感性降低,当温度为800 ℃时,TiAl合金对缺口不敏感。TiAl合金在低温区塑性变形是通过位错滑移和变形孪晶引起的,高温下是由扩散控制的位错攀移作用引起的。研究还表明,200 ℃下拉伸速率较低时TiAl合金对缺口不敏感,当拉伸速率增加到较高时,TiAl合金对缺口很敏感。     

均匀化处理对TiAl 合金铸造组织的影响

研究了均匀化处理对两种含B的铸造TiAl合金铸造组织的影响。研究发现1 370℃/5 min/OQ+1150℃/6 h/AC均匀化热处理能有效消除B2相,将b稳定化元素固溶到基体中,实现成分均匀化;1 370℃/5 min/OQ+1 150℃/24 h/AC均匀化热处理后可使粗大的铸造片层组织分解转变为细晶近g组织,平均晶粒直径50mm。     

热变形对高铌TiAl合金微观组织的影响

通过对Ti-45Al-8.0Nb-0.2W-0.2B-0.1Y(原子百分数)合金的热压缩分析发现,其变形温度和变形速率对合金的真实应力-应变曲线以及变形后的组织有显著的影响。在低的变形温度和高的变形速率下,随应变量的增加合金呈现明显的软化现象,变形后存在大量的流线型组织,当变形温度达到1250℃、变形速率降到1×10^-3s^-1时,合金变形后的组织逐渐得到充分的再结晶,铸态组织得到明显的细化。     

TiAl合金基本物性的第一原理计算与比较

采用第一原理赝势平面波方法,计算了L1o型超点阵结构TiAl合金的平衡晶格常数、合金形成能、电子态密度、能带结构及弹性常数,并与实验结果和其它理论计算方法结果作了比较.     

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。     

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     

热处理对二次锻造高Nb-TiAl基合金组织的影响

研究了热处理对二次锻造高Nb-TiAl基合金组织的影响。通过对Ti-45Al-9(Nb,W,B,Y)金属间化合物进行不同的热处理,得到不同的显微组织。结果表明,经1310℃/20min+1250℃/2h/AC热处理后,β相被有效地消除,得到细小均匀的双态组织。此后直接加热到α单相区,得到条带状的全片层组织。增加在两相区的停留,得到相对比较均匀细小的全片层组织。将锻造组织先转变为近γ组织再进行全片层组织处理,得到最均匀细小的全片层组织。