定向层片组织铸造 TiAl 合金的热等静压温度选择

研究热等静压温度对定向层片组织常规铸造 TiAl 合金层片分解程度和室温拉伸性能的影响,以期优选出适于定向层片组织的热等静压温度。结果表明：在1250℃热等静压处理,析出过多的等轴γ晶粒,降低了该合金的室温拉伸强度;在1290℃热等静压处理,发生层片粗化和生成随机取向二次层片,破坏了取向一致性,降低了室温拉伸性能的稳定性。在1270℃等静压处理,等轴γ晶粒析出量较少,且未见明显的层片粗化和二次层片,所得组织保持较好的层片组织完整性和取向一致性,并表现出最佳的室温强度、塑性和性能稳定性。确定适于定向层片组织铸造 TiAl 合金的热等静压温度是1270℃。     

Al含量和冷速对TiAl合金全片层组织热稳定性的影响

研究Al含量和冷却速率对TiAl合金全片层组织在1150℃的热稳定性的影响.研究表明,Al含量在46at%～48at%范围的二元TiAl合金的Al含量越高,γ偏析程度越严重,铸造片层组织的热稳定性越差.Ti-48Al合金α单相区固溶处理后炉冷的粗片层组织的稳定性远远优于空冷的细片层组织,空冷细片层组织容易在晶界处发生不连续粗化转变,并且空冷片层晶粒内的魏氏片层(Lw)与基体的界面往往与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位.     

微量Si改善铸造TiAl合金定向层片组织持久性能研究

研究添加0.2%(原子分数)Si对定向层片组织TiAl合金持久性能的影响。实验表明,添加微量Si可显著提高TiAl合金800℃/220MPa条件下的持久寿命;800℃/300MPa和850℃/220MPa条件下,TiAl和TiAl-0.2Si合金持久寿命均明显减少,但微量Si提高TiAl合金持久寿命的作用却相对更大。组织观察表明,TiAl-0.2Si合金铸造组织中已有Ti5Si3型析出相,但仍具有层片组织取向一致的特征。根据持久实验前后及中间取样的组织对比分析结果,认为添加微量Si提高了层片组织的稳定性,从而减缓层片组织的退化、提高了TiAl合金定向层片组织的持久寿命。     

变形钛铝合金的关键技术和研究进展

从改善变形性能的微合金化、热加工开坯和热模锻工艺设计、变形组织的热处理三方面评述变形TiAl合金的关键技术和研究进展。研究表明:添加微量的Ni可改善TiAl合金的热变形性能,并促进铸造组织发生动态再结晶;适量减少Al含量可在热处理过程中引入高温β相、有助于层片组织的组化。改进研制的Ti-46Al-2.5V-1.0Cr-0.3Ni合金在1200~1250℃两相区预热后具有良好的热加工性能,挤压棒材采用1350℃/5mins/空冷热处理后可获得细小全层片组织,力学性能优异。     

晶粒尺寸和片层厚度对全片层γ-TiAl基合金屈服强度的影响

基于多位错塞积理论,建立了全片层γ-TiAl基合金屈服强度尺度效应的解析预测细观力学模型,得到了全片层γ-TiAl基合金屈服强度的计算公式并详细分析了晶粒尺寸d和片层厚度λ对屈服强度的影响关系,数值预测结果趋势与已有的试验结果相吻合.主要结论是:γ-TiAl基合金屈服强度对晶粒大小d变化不敏感,而对片层厚度λ具有强烈的依赖关系,随着片层厚度的减小,屈服强度明显增大,表现出显著的尺度效应;屈服强度与片层厚度之间的制约关系在一定的片层尺度范围内符合Hall-Petch关系.值得注意的是,当片层尺寸λ细化至90nm时,γ-TiAl基合金材料的屈服强度达到一极限饱和值,这一极限饱和值约为1000MPa.     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

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。     

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。     

PM-TiAl 基合金热处理及其性能

为了优化TiAl合金的使用性能,本文研究了热等静压后的PM-TiAl基合金经过热处理后显微组织的变化情况及力学性能,发现其在热处理温度为1 355℃为全片层组织,在1 335℃为双态组织.全片层组织常温下的抗拉强度为446 MPa,随着温度的升高而增加;屈服强度为386 MPa,随着温度的升高而降低.     

TiAl合金基本物性的第一性原理研究

应用第一性原理方法优化了TiAl金属间化合物晶胞的晶体结构,比较和分析了该晶胞与Ti晶胞以及Al晶胞的键长、体积、体弹性模量、杨氏弹性模量、泊松比等力学性质,分析和解释了TiAl合金具有高强度和脆性等性能的根本原因。并且分析了该晶胞的电子态密度-能级曲线,证实TiAl合金是导电性较高的良导体。最后展望了TiAl合金工艺的发展方向。     

多孔层板换热特性实验研究

本实验选取了一种典型结构的多孔层板作为研究对象 ,进行了换热特性实验研究。研究了改变冷热气流吹风比对该型层板冷却效果的影响。另外 ,对该型多孔层板的冷却效果沿中轴线顺气流方向的变化规律也作了深入的研究。并给出了层板局部 N ux 和冷却效果 E关于局部 Rex 及冷热气流吹风比 M的数学拟合表达式。     

TiAl 合金择优取向层片组织的高周疲劳行为

采用旋转弯曲的加载方式,评价了 Ti-47．5Al-2．5V-1．0Cr-0．2Zr （原子分数／％）合金择优取向层片组织的高温高周疲劳性能,并对疲劳断口进行了扫描电镜分析。结果表明：该合金表现出符合 Basquin 方程的平直 S-N 曲线,750℃条件疲劳极限相当于其抗拉强度的60％;断口观察发现,所有试样中的疲劳裂纹均以穿层片方式扩展,表明该种组织的界面对疲劳裂纹扩展具有较高的抗力。     

TC11钛合金片层组织热变形行为及组织演变

通过热压缩试验研究了具有初始β转变组织的TC11钛合金在两相区800～980 ℃和应变速率0.001～0.1 s-1范围内的热变形行为和组织演变.分析了该合金在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征.动力学分析获得该合金在两相区变形的应力指数和变形激活能分别为4.42和490.8 kJ·mol-1,说明变形主要是位错的滑移和攀移过程.分析变形组织认为,片层组织的球化和弯折是两相区变形应力软化的原因.温度和应变速率严重影响片层组织球化过程的进行,980 ℃,0.001 s-1和0.01 s-1,以及950℃,0.001 s-1条件下变形有利于片层组织球化过程的充分进行.900～980 ℃,0.001～0.1 s-1球化过程中,变形到稳态的等轴α直径与温度补偿应变速率参数Z呈对数线性关系.     

TC11钛合金片层组织热变形球化动力学过程

通过热压缩试验研究了TC11钛合金退火态片层组织在两相区980℃,950℃,850℃,应变速率0.001s-1,0.01s-1条件下,变形程度30%～70%范围内的热变形过程.分析了热变形参数对变形行为和片层组织球化过程的影响,并根据片层组织球化分数演变特征,建立了修正的Avrami 片层组织球化动力学方程,与试验数据吻合较好.     

不同片层组织对TC4-DT钛合金裂纹扩展行为的影响

采用三种β热处理制度对TC4-DT钛合金板材进行热处理,调整合金的显微组织和损伤容限性能.利用金相显微镜对不同热处理制度下合金的片层组织特征参数进行观察,分析了不同片层组织对合金疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,粗片层组织的疲劳裂纹扩展速率在近门槛区对组织比较敏感;在Paris区,细片层组织具有较低的疲劳裂纹扩展速率,随着片层厚度的增加,裂纹扩展速率加快;合金在β区短时保温具有更好的综合性能.     

基于Prasad判据的全片层TA15钛合金塑性流动失稳预测

对全片层TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,采用Prasad失稳判据预测合金在750～1100℃,0.001～10s-1热力参数范围内的塑性流动失稳,并对变形后试样进行宏观和微观观察。结果表明,全片层TA15钛合金在试验参数范围内热变形时存在较大区域的流动失稳,且随着变形温度的降低,失稳区范围有从高应变速率向低应变速率逐渐扩展的趋势。在(α+β)两相区变形,失稳缺陷主要有宏观剪切裂纹、原始β晶界裂纹和局部流动三种形式。在β单相变形,失稳主要是原始β晶粒沿着垂直于压缩轴线方向拉长,且在部分晶界附近分布着变形带。     

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.     

长期大气热暴露环境中含钨铌TiAl合金的组织和性能变化

研究了10000h大气热暴露对不同热等静压处理状态的含钨铌TiAl合金的组织和力学性能的影响。研究发现:在长期的高温热暴露过程中,亚稳定的α2板条发生了平行于α2/γ板条界面的α2→α2 γ分解,随后在已分解成的α2 γ板条细束上发生了少量的α2 γ→B2 ω的转变。另一方面,该合金中有序共生的B2 ω偏聚物在高温热暴露过程中逐渐发生了Oswald熟化过程,但是,B2相仍有留存。相应的力学性能测试结果表明,含钨铌TiAl合金表现出了良好的热稳定性。在10000h的长期高温热暴露后拉伸和疲劳性能均未发生明显的衰退现象。