TiAl基合金电子束快速成形研究进展

TiAl基合金作为一种新型轻质高温结构材料,在航空航天和汽车工业有着广泛的应用前景.电子束快速成形技术是目前制备TiAl基合金最新颖、前沿的技术.本文主要介绍了电子束快速成形技术制备TiAl基合金的原理、优势、最新研究进展,以及预合金粉末制备的发展现状,对TiA1基合金的电子束快速成形技术的不足进行了分析并提出了展望.     

稀土元素对镁合金高温力学性能的影响

制备了三种稀土镁合金并对其进行了室温和高温力学性能测试，用X射线、金相显微镜以及扫描电子显微镜对试验合金铸态及挤压态组织进行了分析。结果表明：稀土元素与镁形成的化合物分布在铸态组织晶界并在挤压后沿挤压方向分布，不同的稀土元素对合金高温力学性能有不同的影响。含Nd的合金高温抗拉强度高于含Ce的合金．含Nd和Y的合金又高于含Nd的合金，其中，含Nd和Y的合金在250℃时抗拉强度为219．6MPa。高温力学性能的提高主要是由于稀土元素的固溶强化和镁一稀土化合物晶界强化共同作用的结果。     

稀土元素对镁合金高温力学性能的影响

制备了三种稀土镁合金并对其进行了室温和高温力学性能测试,用X射线、金相显微镜以及扫描电子显微镜对试验合金铸态及挤压态组织进行了分析。结果表明:稀土元素与镁形成的化合物分布在铸态组织晶界并在挤压后沿挤压方向分布,不同的稀土元素对合金高温力学性能有不同的影响。含Nd的合金高温抗拉强度高于含Ce的合金,含 Nd和Y的合金又高于含Nd的合金,其中,含Nd和Y的合金在250℃时抗拉强度为219．6 MPa。高温力学性能的提高主要是由于稀土元素的固溶强化和镁-稀土化合物晶界强化共同作用的结果。     

γ-TiAl合金高温抗氧化涂层研究进展

TiAl基合金具有密度低、弹性模量大、比强度高等特点,是航空发动机用镍基高温合金最有竞争力的替代材料之一。本文从扩散渗、激光熔覆、双辉等离子渗金属、大气等离子喷涂、物理气相沉积等制备技术出发,概述了TiAl基合金高温抗氧化涂层的研究进展,并根据航空发动机性能持续提高对材料的高要求,提出了实现TiAl合金在先进发动机上应用的研究方向。     

Nb、Mo对TiAl基合金高温氧化行为的协同效应研究

采用冷坩埚悬浮熔炼技术制备Nb、Mo合金化的TiAl基合金,研究合金在大气环境中的高温长时氧化行为。采用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析研究氧化层的相结构、显微组织及与基体合金的界面特征,结合氧化动力学测试研究Nb、Mo对TiAl基合金高温抗氧化行为的协同效应。结果发现,Nb、Mo协同作用较单一元素合金化的TiAl合金具有更为优良的高温抗氧化性,连续致密且与基体良好结合的氧化膜可明显降低合金的氧化速率、减小氧化增重。Nb、Mo掺杂的TiAl基合金氧化层可阻止氧原子向内扩散,Nb、Mo的协同效应有助于改善TiAl基合金的高温抗氧化性。     

Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金板材的制备及其拉伸性能

采用感应熔炼气体雾化法制备Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B预合金粉末,对预合金粉末进行表征,通过热等静压工艺制备TiAl基合金坯料.应用包套叠轧的方法轧制出TiAl基合金板材,对轧制的TiAl基合金板材进行不同相区的热处理,分别得到双态组织和全片层组织,对热处理后的TiAl基合金进行拉伸性能测试.结果表明:TiAl基合金的预合金粉末主要由α2相和少量γ相组成,热等静压致密化处理后的板坯组织细小均匀.拉伸实验表明,双态和全片层组织的TiAl基合金板材在高于700 ℃时,其塑性大幅提高;双态组织TiAl基合金板材的断裂形式主要以韧性断裂为主,而全片层TiAl基合金板材的断裂形式仍为脆性断裂.     

提高TiAl基合金室温塑性的方法

TiAl基合金具有密度低、高温性能好等优点，但室温塑性低一直是阻碍TiAl基合金应用的重要原因。本文总结了TiAl基合金的室温塑性的主要影响因素，以及通过添加合金化元素、改善加工工艺等方法来控制显微组织、提高TiAl基金合金的室温塑性的研究进展。     

γ—TiAl基合金的高温氧化性能及防护方法

γ－TiAl基合金密度低，并具有较高的高温强度，良好的抗氧化性能和抗蠕变能力，被认为是一种极具应用潜力的高温结构材料．但由于该合金的室温塑、韧性较差，限制了其在实际中的应用．对此，材料科学工作者进行了大量的研究，在不断加深对TiAl合金变形机理的了解基础上，采用合金化、不同的热处理工艺等手段，使得该合金的室温塑、韧性等均得到了一定的提高．然而，作为高温结构材料，对γ－TiAl基会金的高温性能的研究不容忽视．其中，高温氧化是TiAl合金高温下的一个重要失效模式，提高γ－TiAl合金高温氧化的极限温度也是提高该合金…     

（TiAl）＋Nb＋W＋B合金的微观组织演变

通过磁悬浮法制备含有W、Nb、B的重15kgTiAl合金大锭。此合金大锭与电弧熔炼的0.05kg的小样品相比,存在晶粒大小和相组织结构性质方面的区别。设计了一系列热处理工艺来消除大锭合金的高温残留β相,并获取理想的微观组织。铸态大锭合金在经过适当的热处理工艺后室温伸长率可达1.9%。这种大批量方式生产的TiAl合金,通过新合金设计与相应的热处理后,其力学性能可获得显著提高。     

熔模精密铸造TiAl基金属间化合物研究进展

TiAl基金属间化合物作为一种新型轻质高温结构材料,在航空航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。熔模精密铸造是当前普遍采用的制备TiAl基金属问化合物的方法。主要介绍了熔模精密铸造TiAl基合金的铸件以及型壳用粘结剂及耐火材料的发展现状,TiAl合金的熔炼技术及最新研究进展,并对TiAl基金属间化合物熔模精密铸造技术的不足进行了分析并提出了展望。     

选区熔化3D打印TiAl基合金的研究现状及展望

TiAl基合金(TiAl基金属间化合物),被认为是一种理想的新型轻质高温结构材料,在当代民用工业、兵器工业以及航空航天等领域具有广阔的应用前景.然而TiAl基合金脆性较大,传统的成形方法难以制备出复杂结构的构件,严重制约了该合金的推广与应用.选区熔化3D打印是按照CAD模型的分层切片数据,以激光或者电子束为高能量热源逐层扫描熔化粉末,逐层堆积,直接实现构件的制造,代表了TiAl基合金成形最前沿、最新颖的技术.基于激光选区熔化成形(SLM)与电子束选区熔化成形(SEBM)制备TiAl基合金的最新研究成果,重点归纳了成形过程中常见缺陷的形成原因以及控制措施,详细阐述了工艺参数对成形质量、微观组织以及力学性能的影响规律,然后对比分析了SLM和SEBM制备TiAl基合金的优缺点.国内外的研究结果表明,控制TiAl合金的开裂倾向是SLM制备TiAl合金需要解决的首要问题,也是提高成形件致密度,改善力学性能的基础;而SEBM技术通过工艺优化,能够较好地抑制TiAl合金的开裂,获得高致密度成形件,其力学性能可以达到传统锻件、铸件的水平,更加适合TiAl合金的3D打印.最后对选区熔化3D打印TiAl基合金的研究方向提出了建议.     

稀土镁合金铸造和挤压态组织及力学性能研究

制备了3种不同成分的镁-稀土合金,研究稀土(RE)元素铈(Ce)、钕(Nd)和钇(Y)对镁合金铸态组织、力学性能尤其是高温力学性能的影响.采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)仪等对3种镁-稀土合金组织及相组成进行了分析.稀土元素与镁形成的镁-稀土相分别为Mg12Ce、Mg17Ce2、Mg12Nd、Mg24Y5、Mg41Nd5,主要分布在铸态组织晶界.对3种合金的铸态试样进行了室温力学性能及高温力学性能试验,并与挤压态比较,结果显示:在镁合金中,Nd的强化作用优于Ce,在高温时,Nd和Y共同强化作用优于Nd.     

增材制造TiAl合金的研究现状及展望

TiAl合金具有高比强度以及优异的抗氧化、高温抗蠕变性能等优点,在航空航天等领域具有广阔的应用前景。然而,TiAl合金室温塑性差、加工成形困难,且传统制备TiAl合金技术效率低、成本高,严重制约了其工程应用。近年来,增材制造技术因其效率高、成本低等优点,在制备TiAl合金方面优势明显。本文首先介绍了TiAl合金的基本特性,然后分别从传统制备工艺、激光增材制造、电子束增材制造以及电弧增材制造几个方面综述了国内外制备TiAl合金技术的研究现状,总结了增材制造TiAl合金力学性能的研究进展及其改善方法,最后分析了增材制造TiAl合金技术的未来研究目标和发展趋势。     

Effect of Y Addition on Microstructure and Mechanical Properties of TiAl-based Alloys Prepared by SPS

采用双步机械球磨和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)和 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(at%)2 种 TiAl 基合金(简称 TA 合金和 TAY 合金),并研究稀土元素 Y 对 TiAl 基合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过双步机械球磨后的粉末形状比较规则,颗粒尺寸范围在 20~40 μm之间。经过 SPS 烧结的 TiAl 基合金块体主要由 TiAl相和 Ti3Al 相组成,还有少量的 Ti2Al 相和 TiB2相。SPS 烧结的 TA 合金块体试样等轴晶粒的尺寸在 100~400 nm 之间,合金的室温压缩强度为 2614 MPa,压缩率为 20.57%;而对于加入了稀土元素 Y 的 TAY 合金而言,等轴晶粒尺寸明显减小,合金的室温压缩强度为 2677 MPa,压缩率为 22.91%,跟 TA 合金相比力学性能有所改善。显微硬度的测试结果表明,SPS 烧结的 TA 合金的显微硬度要明显高于 TAY 合金。通过对压缩断口进行观察发现,SPS 烧结的 2 种 TiAl 基合金均为沿晶断裂。     

TiB_2对TiAl基合金显微组织、力学性能及抗氧化性的影响

采用水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)技术制备β型TiAl合金Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y(摩尔分数,%)及其复合材料Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y(摩尔分数,%)+3%TiB_2(体积分数)两种材料,并对TiAl合金及其复合材料的显微组织、力学性能和抗氧化性能进行研究。结果表明:加入TiB_2后,TiAl合金中的晶粒尺寸和层片间距都得到细化,显微硬度、室温和高温抗拉强度提高,但室温伸长率略有下降,高温时复合材料表现出良好的塑性;800℃循环氧化100 h后,TiAl合金和复合材料氧化表面均保持完整,未产生剥落;加入TiB_2后,导致两种材料表面氧化物的生长形态发生变化,但两种材料的氧化增量和氧化层厚度相近,因此,TiB_2对氧化物的生长形态有影响,但对抗氧化性能影响不大。     

一种高性能TiAl金属间化合物

研究了一种高NbTiAl基合金两种组织状态下的热压缩性能及高温抗氧化性能。结果表明 ,片层组织合金比双态组织合金具有较高的高温抗压强度和屈服强度 ,而塑性较差。Nb的加入有效地提高了TiAl合金的抗氧化性     

TiAl合金高温抗氧化表面防护技术

TiAl合金作为重要的高温结构材料,其高温抗氧化性能有待改善。表面防护技术是提高TiAl合金高温抗氧化性能的有效方法。本文综述了TiAl合金高温抗氧化表面防护技术的研究进展,阐述了表面合金化层及表面防护涂层的机理和特性,总结了防护技术的应用和存在的不足,并对TiAl合金抗高温氧化表面防护技术研究的发展趋势进行了展望。     

稀土Y对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了5种成分为Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Al-3Hf-x Y(x=0,0.03,0.06,0.12,0.30 at%)的合金,并在1250℃下分别进行了1、10、20和50 h的高温氧化实验,研究Y含量对合金电弧熔炼态组织及其高温抗氧化性能的影响。结果表明:添加Y不改变电弧熔炼态合金相组成,组织仍由Nbss及γ-(Nb,X)5Si3相组成,但细化了共晶组织。高温氧化实验结果表明,不同Y含量合金在氧化不同时间后,氧化膜均由Nb2O5,Ti O2,Ti2Nb10O29和Ti Nb2O7组成;随着Y含量的增加,氧化膜中的孔洞和裂纹减少,合金单位面积氧化增重也逐渐减小,表明Y的添加能够显著提高合金的高温抗氧化性能。     

添加W对高铌TiAl合金组织和力学性能的影响

研究了添加W（0．2原子分数,％）对高铌TiAl合金组织和力学性能的影响。试验结果表明,W合金化能改变高铌TiAl合金的铸态组织,但不能改变热加工组织以及4种典型组织和温度对其力学性能的影响。W合金化能提高高铌TiAl合金的室温及高温强度、降低强度随温度下降的速率 、提高脆韧转变温度,但对室温塑性影响不大,有利于FAM组织在更高温度下使用。     

间隙原子C在γ-TiAl基合金中的研究进展

铸造TiAl合金作为新型轻质高温结构材料其显微组织粗大,高温服役环境下强度和蠕变抗力不足成为限制其工业化应用的关键,而合金化则被认为是改善合金显微组织和力学性能的有效途径。综述间隙原子C在TiAl合金应用中的研究进展,重点介绍C在TiAl合金中的固溶极限及影响因素,简述TiAl合金中碳化物的结构、形态、分布及析出行为,并分析间隙原子C对合金显微组织及高温强度和蠕变抗力的影响及作用机理,对C在TiAl合金中的进一步研究应用提出建议。