Ti2AlNb切削切屑形成过程近场动力学仿真及试验研究

利用非局部作用思想的近场动力学理论,可以通过求解空间积分方程描述物质点运动规律,准确描述切削过程材料剧烈塑性变形导致的裂纹扩展和断裂破坏行为。本文基于常规态基近场动力学方法构建Ti₂AlNb弹塑性本构模型,融合材料失效和接触准则,求解离散处理的近场动力学基本运动方程,建立了适用于Ti₂AlNb切削仿真研究的态型近场动力学数值模型,模拟分析了Ti₂AlNb直角切削切屑形成过程。通过试验验证,表明近场动力学仿真可以准确模拟Ti₂AlNb切削切屑形成过程中材料变形和损伤演化规律。本方法预测的切屑形成剪切角40.23°与试验结果 38.89°相比,误差为3.45%;定义损伤空间分布的半峰宽值(FWHM)为切削第1变形区宽度,其预测值为0.06mm,预测误差小于7%。     

压力对Ti2AlNb合金扩散焊接头组织与性能的影响

针对Ti₂AlNb合金进行直接固态扩散焊，研究压力对合金扩散焊接头组织与性能的影响，使用扫描电镜分析焊接接头的显微组织随压力的变化规律，对不同压力下的焊接接头进行室温拉伸实验，分析接头性能随压力的变化趋势以及接头的断裂机制。结果表明：随着压力的增加，试样表面的变形量增大，在高温下变形区域发生动态回复与再结晶，促进了连接面处孔洞的愈合，焊合率因此逐渐升高；Ti₂AlNb合金扩散焊接头可以分为再结晶区、变形区以及母材三部分，其中再结晶区主要由等轴的B2相以及α₂相组成，随着扩散焊压力的增加，再结晶区的宽度明显变宽；焊接接头的强度随着压力的增加先升高后下降。当焊接工艺参数为960℃-60 MPa-120 min时获得的焊接接头性能最好，其抗拉强度为972 MPa，达到母材强度的98%；过大的压力使得再结晶晶粒粗化，且再结晶区和变形区交界处产生裂纹，导致接头性能反而恶化。     

TiAl基合金组织热稳定性和演化机制及对力学性能的影响

Ti Al基合金由于其优异的综合高温力学及物理性能,成为航空航天轻质高温结构的重要备选材料,其目标使用温度范围在650~1000℃。Ti Al基合金组织在高温长时服役条件下的稳定程度及演化对其力学性能有重要的影响,因此Ti Al基合金组织及性能的热稳定性长期以来一直备受关注。介绍了Ti Al基合金热稳定性研究内涵,对Ti Al基合金在高温条件下的组织演化、相转变现象及机理进行了讨论和分析,包括α2/γ片层团的不连续粗化、γ板条的连续粗化、α2相的分解以及B2(ω)相的变化。归纳总结了主要影响因素(合金元素、温度、时间、热载荷)对Ti Al合金显微组织和力学性能热稳定的影响规律及机制。最后对Ti Al合金热稳定性的研究方向进行了总结和展望。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

Ti2AlNb/Ti60线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对Ti₂Al Nb及Ti60合金进行了线性摩擦焊接(LFW)试验,利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行了表征,测试了接头的力学性能。结果表明,接头两侧热力影响区(TMAZ)组织沿摩擦方向变形,Ti₂Al Nb侧TMAZ发生了α2→B2和O→B2相转变,B2相体积分数相比母材显著增高,Ti60侧TMAZ发生了β→亚稳β→α相转变,析出了细小的层片状次生α相。接头两侧焊缝区(WZ)发生了动态再结晶,Ti₂Al Nb侧WZ完全转变为B2相并在快速冷却后保留下来,Ti60侧WZ在高温下首先转变为高温β相,焊后快冷过程中发生β→α′相转变,析出α′马氏体。接头界面发生了溶质元素的互扩散,形成了宽约为1μm的元素扩散层,界面两侧晶粒实现“共生”。在TMAZ组织的形变强化、沉淀强化,WZ组织的细晶强化、沉淀强化的综合作用下,接头拉伸强度(939 MPa)不低于Ti60母材,断裂模式为韧性断裂。     

Al2O3陶瓷与GH3536真空钎焊接头界面组织与力学性能

采用Ag-5.0Cu-1.0Al-1.25Ti银基钎料通过真空钎焊的方法实现了Al₂O₃陶瓷与镍基高温合金GH3536的连接。为明确钎焊接头的界面形成机理,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析的测试方法研究了接头的界面组织结构与物相组成。同时探究了钎焊温度与保温时间对接头微观组织与力学性能的影响规律,从而实现工艺参数的优化。研究表明：在钎焊温度为970℃,保温时间为10 min的条件下,Al₂O₃/GH3536钎焊接头的典型界面组织为Al₂O₃/Ti₃（Cu, Al）₃O/Ag（s, s）+AlCu₂Ti/TiNi₃+TiFe₂/GH3536,其接头的抗剪强度最高可达到194±10 MPa。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Ti₃（Cu, Al）₃O反应层的厚度增加,钎缝中的富Cu相减少,AlCu     

固溶温度对Ti_2AlNb基合金组织演变的影响

以有序O相为基的Ti2Al Nb基金属间化合物合金在航空领域具有广阔的应用前景。鉴于由O,B2和α2三相构成的Ti2Al Nb基合金力学性能对相构成和组织敏感,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射等分析手段,研究了不同固溶处理温度下Ti2Al Nb基合金组织演变的规律。研究结果表明,随着固溶温度升高,O相向B2相转变,原始状态中的α2相随固溶温度升高逐渐消失。固溶温度决定了材料中O,B2和α2三相的含量及最终组织形貌,也决定了材料的性能。     

热处理对GH2132合金组织与性能影响的研究进展

GH2132合金作为以Fe-25Ni-15Cr为基体高温合金的代表材料之一,因其具有良好的综合性能已成为650℃以下广泛使用的高温材料。目前对GH2132合金的研究主要集中在固溶热处理、固溶+时效热处理以及直接时效热处理三个方面,本文总结了近年来对该合金在这三方面的研究,分析了热处理工艺对组织与性能的影响。GH2132合金在固溶处理过程要关注Laves及M₃B₂相的溶解对晶粒尺寸的影响,防止晶粒粗化,固溶后的合金表现出低强度高塑性的特点。时效处理工艺的制定需结合固溶处理工艺,考虑耦合作用的影响,同时防止发生γ′→η转变,降低强化效果。GH2132合金组织对变形量比较敏感,变形量越大,应选择较低的时效温度或较短的时效时间。     

Ti2AlNb基合金的研究进展

着重介绍了Ti2AlNb基合金的成分、显微组织及性能，综述了合金元素及热处理工艺对Ti2Al-Nb基合金组织性能的影响，介绍了Ti2AlNb基合金熔炼凝固特性，并展望Ti2AlNb基合金的未来。     

TiB2-TiC-SiC复合陶瓷接触反应钎焊接头界面组织及力学性能

采用Ti-Ni中间层体系对TiB₂-TiC-SiC （TTS）复合陶瓷进行了钎焊连接,研究不同的钎料成分和保温时间对接头界面组织和力学性能的影响。结果表明：钎料成分变化会引起界面反应机制由Ti与TTS复合陶瓷反应为主的过程向Ni与TTS复合陶瓷反应为主的过程转变。采用Ti-24at%Ni钎料钎焊TTS复合陶瓷时,界面反应主要发生在Ti与TTS复合陶瓷之间,反应产物主要为Ti与TiB₂反应形成的TiB以及与SiC反应形成的TiC和Ti₅Si₃。采用Ti-83at%Ni钎料钎焊TTS复合陶瓷时,界面反应主要发生在Ni与TTS复合陶瓷之间,尤其是与SiC的反应,反应产物主要为Ni₂Si和C。此外,保温时间显著影响TTS/Ti-24at%Ni/TTS接头的界面组织和力学性能。随着保温时间的延长,接头中连续的Ti₂Ni化合物消失,形成大量的TiB和Ti₅Si₃。与此同时,TTS复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚。在钎焊温度为1 ...     

高铝锌基合金模具材料性能研究

研究了含铝量不同的五种高铝锌基合金的组织和性能以及温度对力学性能的影响。从差示扫描量热分析和显微组织得出,作为模具材料,2A40具有较好的综合性能,2A50具有优良的高温性能。     

铜合金表面激光熔覆镍基复合涂层性能分析

铜合金因其优良特性在航空航天领域具有广泛应用。为了提高铜合金的机械性能,通过在镍基合金粉末中添加WC和ZrO₂粉末,利用原位生成的办法成功在铜合金表面制备了Ni基复合增强合金涂层,充分利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等表征技术和分析手段对熔覆层的微观组织、物相组成、硬度及耐磨性进行测试。结果显示：复合合金涂层中以WC、ZrC、M₂₃C₆、（W,Zr）C等碳化物为强化相,提高了涂层的硬度。对合金涂层的硬度、常温和高温耐磨性进行测试,复合涂层相比于基体,性能均得到有效提升,硬度从90 HV_0.2提高至620 HV_0.2,表面摩擦系数降低,耐磨性显著提升;尤其对高温耐磨性,提高约20倍。因此,经强化后的铜合金可实际应用于结晶器、火箭内衬材料等的生产与制造。     

激光选区熔化成形高温镍基合金研究进展

高温镍基合金在高温高压条件下具有高强度、优异的抗疲劳性能与蠕变特性,是航空航天领域中重要的高温合金材料之一。综述了基于粉末床激光熔化成形技术进行镍基高温合金零件快速制造的国内外研究进展,首先系统地介绍了成熟应用于金属3D打印技术和正处于研究开发中的高温镍基合金材料,接着总结了经SLM成形后高温镍基合金材料的微观组织结构与缺陷,以及相应热处理后零件的组织变化和力学性能特征。最后,进一步概述了SLM成形高温镍基合金零件热点科学问题。     

粉末冶金γ-TiAl基合金研究的最新进展

γ TiAl基合金是一种具有发展前途的新一代高温结构材料。首先综述了γ TiAl基合金的性能特点和应用前景 ,并简单介绍了该合金的最新基础研究情况。随后介绍了采用粉末冶金方法制备γ TiAl基合金的基本工艺、力学性能 ,最后结合γ TiAl基合金排气阀和板材的研制论述了粉末冶金在γ TiAl基合金制备及近净成形方面的优势和发展前景     

高温氧化对粉末高温合金微观结构和疲劳性能影响研究

为了探究涡轮盘用粉末高温合金表面氧化对其低周疲劳性能的影响，分别针对第三代镍基粉末高温合金的粗晶(Coarse grain,CG)和细晶(Fine grain,FG)材料开展氧化时间对其疲劳性能影响机理的研究。通过在700℃空气环境下开展不同时长的高温预氧化实验和低周疲劳(Low-cycle fatigue,LCF)实验，使用SEM和EDS表征LCF断口、表面氧化层结构成分及其强化相形貌变化，揭示LCF裂纹萌生机理。实验结果表明，氧化层厚度随氧化时间而增加，氧元素以氧化侵入的形式进入基体；相同氧化时间下，CG抗氧化性能优于FG；疲劳裂纹萌生于氧化侵入和亚表面夹杂物等应力集中部位，在实验温度下LCF寿命受氧化作用和夹杂物共同影响；高温氧化作用下氧化层呈现分层结构，外层为NiO，中间层为含有Cr₂O₃,TiO₂等复杂氧化物及尖晶石相(NiCr₂O₄)的混合层，内层为Al₂O₃;CG二次γ’相氧化后平均尺寸增加，FG二次γ’相平均尺寸没有明...     

钎焊温度对GH4169/AgCuTi+W/Si3N4的接头组织与力学性能的影响

采用高纯度W箔中间层复合AgCuTi活性钎料对镍基高温合金(GH4169)与Si₃N₄陶瓷进行连接,系统研究接头的微观界面结构以及钎焊温度对GH4169/Si₃N₄钎焊接头组织和力学性能的影响。结果表明：采用AgCuTi+W复合钎料可实现GH4169/Si₃N₄钎焊接头的有效连接,其接头组织成分为GH4169/TiNi₃+TiCu+TiCu₂+Ag(s, s)+Cu(s, s)+W+TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄;钎焊温度对接头组织和力学性能有显著影响。当钎焊温度较低时,液态钎料中的Ti元素扩散到陶瓷与钎料界面的较少,没有形成明显的反应层;当钎焊温度增加到880℃时,Ti元素富集在陶瓷侧反应生成厚度为2μm的TiN和Ti₅Si₃反应层,此时接头的剪切强度最高,达到190.9 MPa...     

EB-PVD制备γ-TiAl基合金薄板的研究

采用一种新型的制备工艺--电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的γ-TiAl基合金薄板,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等测试手段对蒸镀态及热处理态试样的物相组成和断口形貌等进行分析.结果表明,蒸镀态γ-TiAl基合金薄板由γ相、α2相和τ相组成,表面质量良好,内部自然分层,显微组织结构为柱状晶.经1000℃/16h的真空退火处理后,柱状晶转变为等轴晶,τ相消失,α2相含量显著减少,同时有消除分层现象的趋势,材料的断裂方式由沿晶脆性断裂转变为沿晶脆性断裂和韧窝韧性断裂的混合断裂方式.     

添加硼元素对Ni-25at%Si/Ti600接头组织性能的影响规律

以高温钛合金和自共晶镍硅合金为母材,使用额外添加硼元素的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料进行钎焊连接,针对硼元素含量和钎焊对接头界面结构和力学性能的影响进行探究。通过对Ni-25at%Si/Ti-Zr-Ni-Cu+B非晶钎料/Ti600接头的界面组织结构进行优化实现钎焊结构性能的提升,获得质量良好的钎焊接头。研究结果表明,通过引入硼元素可调控钎焊过程,继而获得TiB晶须,这种晶须能对Ti₂Ni层产生复合强化的作用,进而使接头高温钛合金侧界面的残余应力明显下降,减缓接头开裂的速度,同时结合拔出强化方式对裂纹的扩展起到阻碍作用,从而提高接头的强度。1 213 K/10 min工艺条件下的镍硅合金/高温钛合金钎焊接头的平均强度高于不含硼元素增强的接头,达到84 MPa,同时确保在接头内部不会出现裂纹和孔洞,进而达到提升镍硅合金/高温钛合金钎焊接头质量的效果。     

电子束焊接线能量对Ti-24Al-15Nb-1Mo合金接头组织性能的影响

研究了电子束焊接不同线能量对合金接头组织、性能的影响机理,确定了具有比较满意的塑性和韧性的接头性能的电子束工艺参数选择窗口.结果表明,焊态下焊缝组织为残留β/B2相和包括次生α2相、O相以及ω相在内的β转变组织;焊接线能量增加,焊缝晶粒粗化, B2相的减少、初生α2的消失和ω相的产生以及β转变组织中次生的α2/O相集束增大并促进裂纹扩展是接头强度降低和脆变的主要原因.     

一级时效对DD3单晶高温合金蠕变性能的作用

根据DD3合金的热分析和相分析结果,设计了以增大.γ'平均尺寸、改善γ'尺寸分布和提高析出相含量为目的的时效和固溶处理制度,进行了提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺研究.结果表明,增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸明显增大;高温时效温度高于1080℃时,γ'相过分长大;1060℃/4h时效处理后,γ'相组织最优;配合在1265℃/4h的固溶处理,γ'相含量得到提高的同时,合金蠕变、拉伸性能优异.组织与性能研究证明,加入一级高温时效处理的新工艺可使DD3合金组织得到明显优化,760～1038℃范围内的蠕变性能获得显著提高.根据该结果,新的热处理工艺确定为:1265℃/4h,AC+1060℃/4h,Ac+870℃/32h.