孔洞对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

采用分子动力学方法研究了孔洞尺寸、数量以及位置对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响,分析了材料内部的微观缺陷演化及其与材料力学性能之间的关系。结果表明:Nb元素的加入提高了单晶γ-TiAl合金的屈服强度和弹性模量;随孔洞尺寸和数量的增加,含Nb单晶γ-TiAl合金的屈服强度依次减小,这主要是因为孔洞在拉伸过程中充当位错源的作用,它为位错的形核和发射提供了条件;多个孔洞平行于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最大,垂直于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最小,最容易导致材料失效。     

γ-TiAl薄板的现状及成形技术

γ-TiAl合金具有密度低、高温强度高、弹性模量高、抗氧化、阻燃等特性,因此,有可能取代飞机发动机部件中较重的高温合金.γ-TiAl的研究始于20世纪50年代,在过去20年里,γ-TiAl的研究得到了重大发展,现在已可以生产γ-TiAl铸锭、锻件、挤压件和薄板材.     

全片层TiAl合金临界屈服应力及影响因素的细观研究

基于PST晶体的微结构和γ相及α2相普通位错和孪晶滑移启动，结合细观力学方法，通过数值模拟两相中的各滑移系上的分切应力，得出PST晶体屈服应力和外加载荷与片层之间夹角θ的关系；详细讨论了γ相中孪晶与普通位错的临界切应力之差异对PST晶体屈服应力的影响。对单轴和双轴加载的情况分别进行了计算，得到的结论与已有的一些实验结果相吻合。     

γ-TiAl 基合金有效弹性性能的微结构尺度效应

基于微极理论细观力学方法, 详细分析了近片层γ- TiAl 基合金材料有效弹性性能的微结构尺度效应。采用空间角度平均方法处理近片层γ- TiAl 基合金中横观各向同性PST( Polysynthetically twinned crystal) 颗粒夹杂的空间任意取向分布,并将Mori-Tanaka 法推广到微极介质, 建立了近片层γ-TiAl 基合金材料的有效弹性模量及其尺度效应的分析模型。结果表明: 当PST 夹杂颗粒直径尺度a 与微极基体材料(等轴γ颗粒) 的特征长度lm相当时, 合金材料的有效弹性模量的大小将受到夹杂PST 颗粒大小的影响, 夹杂颗粒尺度减小, 有效弹性模量增大; 而当PST 夹杂颗粒直径a 与微极基体材料的特征长度lm 相比很大时, 微极理论对有效弹性模量预测的结果将趋近于采用传统Cauchy 介质理论预测的结果。     

γ-TiAl合金的研究与开发

γ-TiAl及其合金的科学研究追溯于20世纪50年代中期,一些相关的技术开发工作到20世纪70年代相继涌现.自1980年以来,γ-TiAl系列合金相继取得了专利产权,合金的成分越来越复杂,合金化强度越来越高.Y-W.kim和D.M.dimiduk根据此类合金的成分变化及力学性能改善等特征对这些合金做了分类,大致分成3代,见表1.……     

显微组织应变率对全片层TiAl合金室温塑性的影响

采用了特殊的热处理工艺,分别获得了不同晶粒度和不同片层厚度的显微组织的全片层TiAl合金,并在不同的应变速率下,对这些合金进行了室温单向拉伸实验.结果表明:在一定的应变速率下,晶粒度的降低和片层厚度的增加都会导致全片层TiAl合金室温塑性的增加.在确定的显微组织下,应变率的降低,会导致全片层TiAl合金室温塑性的增加.而当应变率较低、晶粒较大、片层较厚时,试样中容易萌生微裂纹.微裂纹多数在软取向的晶粒中出现.具有小晶粒、厚片层显微组织的全片层TiAl合金在较低的应变速率下将会具有较好的塑性.     

轻质γ-TiAl合金材料在柴油发动机上的应用

综述了柴油发动机关键热端部件轻量化设计的必要性和轻质耐高温γ-TiAl合金在该领域的优势和应用现状,阐述了目前实现γ-TiAl合金大规模工业化应用面临的挑战与难题,并对柴油发动机用低成本γ-TiAl合金的成分设计提出了建议。      

β型γ-TiAl合金热变形过程中组织演化及动态再结晶行为研究现状

TiAl合金以其低密度、高比强和良好的抗蠕变性等优点,已在航空发动机上获得应用.先进的 β 型γ-TiAl合金通过引入一定量的β/B2相,显著改善了合金的热加工能力,该类合金更适合热机械加工.对β型 γ-TiAl合金热机械加工过程中的组织演化和变形行为形成完整的认识是制定和优化热加工工艺的前提.综述了β型γ-TiAl合...     

γ-TiAl基合金机械性能的研究发展

对国内外基于办学模型的γ-TiAl合金的弹性和塑性性能与其微结构的关系的研究进展进行了详细的论述.同时,概述了作者运用细观力学的方法对TiAl合金的弹性和塑性性能的主要研究工作,指出γ-TiAl合金的研究和发展方向.     

γ-TiAl基合金定向凝固特性研究

用定向凝固方法在不同的生长速度下成功地制备了一批γ-TiAl定向凝固试样.通过对不同生长速率下形成的γ-TiAl金相组织观察和分析后发现:随着生长速率的增加,原先的初生稳定相β相的数量逐渐减少,亚稳相α相的数量逐渐增加;最后形成的由α2和γ组成的片层组织的片层间距λ与生长速率的V1/3近似成反比关系.     

TiAl合金全片层组织的热稳定性研究

研究了Al含量、冷却速率和添加硼元素对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46%～48%(原子分数,下同)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;Ti-48Al合金中添加0.8%B因晶界TiB2相的存在能有效抑制细片层组织的晶界不连续粗化,但γ相从TiB2/基体界面和晶界重新形核生长可使片层组织转变为均匀的细晶近γ组织。     

裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了裂纹位置对裂纹扩展的影响。研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

片层状TiAl-Nb合金中γ/γ界面体系拉伸行为的原子模拟

全片层组织结构的TiAl基合金在发生塑性变形时，因具有多个可阻碍位错迁移的界面，增加了位错迁移所需要的应变能，从而使变形能力和强度强烈依赖于这种显微组织中的层状界面。本工作采用分子动力学方法研究了单轴拉伸载荷下具有γ/γ界面的TiAl-Nb合金的变形行为。从原子尺度上讨论了真孪晶(True-twin, TT)、旋转界面(Rotational boundary, RB)、伪孪晶(Pseudo-twin, PT)三种不同界面下，片层状TiAl-Nb合金的力学响应、位错演化和断裂机制；阐述了材料力学响应与微观缺陷演化之间的关系，表明含不同界面的TiAl-Nb合金力学性能具有显著的层状边界效应。通过观察位错与界面的交互作用发现位错与界面相遇后，三个界面及附近都会产生无序原子区；而RB/PT试样中无序原子区作为位错源会向另一片层发射位错，TT试样中的无序原子区不会作为位错源向另一片层发射位错。     

γ-TiAl金属间化合物表面改性技术研究现状

γ-TiAl基金属间化合物具有良好的高温力学性能,密度仅为目前广泛应用的镍基高温合金的1/2左右,因而是很有应用前景的航空材料.γ-TiAl的主要弱点之一是抗高温氧化能力差,特别是在800℃以上,氧化更为严重.此外,γ-TiAl的硬度较低,摩擦学性能较差.解决这些问题的有效途径是表面改性处理.介绍了目前针对γ-TiAl的表面改性技术研究现状,结合改性效果及机理评述了各类技术的优势与局限.     

TiAl合金片层取向控制研究进展

TiAl合金因具有低密度、良好的高温强度以及抗氧化性,成为在航空航天及汽车行业具有重要应用价值的新型高温结构材料。对于全片层TiAl合金,通过控制α相沿非择优取向生长,获得平行于生长方向的片层组织,可显著提高其综合力学性能。TiAl合金的片层组织控制方法主要包括改变凝固路径法和籽晶法。综述了TiAl合金片层取向控制的现状及存在的主要问题,指出自引晶法和β相籽晶法是片层取向控制的新方法,将促进TiAl合金片层组织控制的工程化应用。最后,对TiAl合金片层取向控制的发展前景进行了展望。     

片层宽度对全片层TiAl合金蠕变性能的影响

通过不同的热处理工艺。得到了具有相近晶粒度不同片层宽度的全片层TiAl合金组织，并在T=800℃，σ=205MPa条件下，测试了其蠕变性能，研究了片层宽度对蠕变性能的影响规律及其机理。研究结果表明，全片层TiAl合金的初始蠕变量和最小蠕变速率随片层宽度的增加而提高。片层界面在蠕变过程中能向基体中发射位错。同时又能阻碍位错的发射和位错的运动。     

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

热处理对高Nb-TiAl合金板材组织及力学性能的影响

研究了不同热处理工艺对高Nb-TiAl合金板材的显微组织及力学性能的影响。采用铸锭原料直接包套热轧制备的板材主要由残余粗化的片层团、再结晶γ晶粒和沿轧制方向带状分布的β相组成。通过不同的热处理工艺可以消除残余片层和β相,分别获得典型的双态组织、近片层组织和全片层组织。对热处理后具有双态组织的板材进行了室温和高温力学性能测试,结果表明:经热处理后,热轧板材的室温延伸率达到0.5%,屈服强度和抗拉强度分别提高到646MPa和691MPa,与铸态相比,其室温强度和塑性得到了改善,在850-900℃之间材料发生韧脆转变,并且相应断裂机理从脆性的穿晶断裂转变为孔洞的形核和聚集。     

挤压开坯γ-TiAl合金的热变形行为研究

采用Gleeble-1500试验机对经过挤压比为12开坯后的γ-TiAl合金在温度为900～1100℃、应变速率为0.01～1s<'-1>、变形量为70%等温恒应变速率下的热变形行为进行了研究,获得了变形条件范围内的流变应力数据,并利用Ze-ner-Hollomn参数和Arrhenius方程得出γ-TiAl合金的本构方...