C含量对铸造TiAl合金组织和力学性能的影响

在Ti-47.5Al-3.7(Cr,V,Zr)合金中添加0.05%~0.2%C(原子分数,下同),采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒,通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.05%~0.2%C后,合金仍可获得择优取向层片组织。随C含量增加α2层片体积分数略有增加,层片间距呈细化趋势。当C含量超过0.1%时,在α2和γ层片内和层片界面上有细小的Ti2AlC型碳化物析出,碳化物析出相的尺寸和数量随C含量增加有所增加。添加0.05%~0.2%C后提高了合金室温的抗拉强度和屈服强度,且随C含量增加提升幅度逐渐增大,当C含量为0.2%时,分别将抗拉强度和屈服强度提升了101和123 MPa。添加C元素后显著改善了合金的蠕变性能,当C含量为0.1%时蠕变性能最佳,与不含C的合金相比,其塑性蠕变应变降低了一半、相同应变时的蠕变速率降低了1个数量级以上。添加0.1%C提升合金蠕变抗力的机制主要是通过抑制合金在蠕变初期的位错萌生和增殖过程;在γ层片中形成割阶和位错碎片阻碍位错继续运动,使得合金在蠕变第一阶段的应变硬化程度迅速增加;此外,析出的Ti2AlC型碳化物进一步强化层片界面和基体,与层片间距细化共同提高了穿层片滑移位错的运动阻力。     

铸造用TiAl母合金制备技术研究进展

目前,新型轻质高温结构材料TiAl合金铸造部件已经进入工业化生产阶段,急需工业级铸造用TiAl母合金的制造技术和评估体系作为支撑。结合了钢铁研究总院铸造TiAl合金工程化研究和应用成果,概述了国内外铸造TiAl合金材料和部件的工程化应用现状,在此基础上,提出了铸造TiAl母合金的化学成分、规格等技术要求,并进一步对比分析了2次自耗熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼+自耗熔炼等母合金制备工艺的优缺点,最后提出了工业级铸造TiAl母合金的技术发展方向。     

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的 研究微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti2AlNb合金成分,为推进铸造Ti2AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法 以Ti–22Al–25Nb(原子数分数,下同)、Ti–22Al–24Nb–0.1B、Ti–22Al–24Nb–0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果 添加微量B元素可以明显细化Ti–22Al–25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958 μm减小至548 μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论 综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti–22Al–24Nb–0.1B。     

铸造TiAl合金定向层片组织的室温拉伸性能和断裂行为

评价了常规铸造Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(at%)合金定向层片组织的室温拉伸性能和断裂韧性,并结合断口形貌分析其断裂行为。结果表明:该定向层片组织在承受平行于层片界面载荷作用时,表现出优异的室温抗拉强度和塑性组合,且其室温拉伸塑性可达到3.8%,明显优于其他铸造TiAl合金。其较高的室温拉伸塑性归因于定向层片组织的一致性和穿层断裂区发生较大程度的塑性变形。定向层片组织室温拉伸的主要断裂模式是穿层断裂,断裂起源于层片界面端部垂直于试样表面的TypeⅡ层片区域,而不是层片界面平行于试样表面的TypeⅠ层片区域。其主要原因是TypeⅡ层片具有比TypeⅠ层片低的裂纹萌生和扩展抗力。     

铸造高铌Ti-48Al-7Nb-2.5V-1.0Cr合金的热处理工艺

研究了热处理工艺对Ti-48Al-7Nb-2.5V-1.0Cr铸造合金组织、室温及900℃拉伸性能的影响。结果表明:铸造合金经1200℃/12 h/AC+1320℃/0.5 h/AC两步热处理后获得双态组织(DP);经1200℃/12 h/AC+1350℃/1 h/CC两步热处理后获得近片层组织(NL)。由拉伸实验结果可知,同合金铸态组织相比,DP和NL组织合金的室温塑性均得到明显的改善,断后伸长率由铸态的0.4%提高至双态组织的1.2%,近片层组织的1%~2%;但合金的室温及900℃的强度有不同程度的下降。     

微量Si、C对铸造TiAl合金定向层片组织与持久性能的影响

在Ti-47.5A1-3.7(Cr,v,Zr) (at.％,以下均同)合金中添加0.2at.％Si、0.1at.％C以研究微量Si、C对铸造形成的定向层片组织及持久性能的影响.组织观察发现,添加微量的Si、C可生成富Si和富C的析出相,但不改变层片组织的取向特征.微量的Si、C通过增加定向层片组织的稳定性显著提高了其持久寿命,其中C的加入对持久寿命的提高幅度更大,还使持久断后伸长率有所减小.     

常规铸造定向层片TiAl合金持久加载中的组织退化及改善途径

基于TiAl合金常规铸造定向层片组织与多孪晶合成晶体(polysynthetically twinned crystals,PST)的组织差别,详细讨论这些组织差别对常规铸造定向层片组织TiAl合金持久加载过程中组织退化的影响,并探讨降低这些不利影响的微合金化途径。结果表明:定向层片组织与PST晶体的差别主要包括存在层片团界和小角度取向差、Al元素成分偏析以及α_2相体积分数高于热力学平衡状态,同时,后续热等静压导致等轴γ晶粒析出和层片间距增加也是另外的明显差别。这些组织差别对定向层片组织持久加载过程中的组织退化造成不同程度的加剧作用。其中,Al元素成分偏析和α_2相体积分数过高促进了定向层片组织铸态试样的组织退化,热等静压试样中析出的等轴γ晶粒进一步加剧了其组织退化,这些均对定向层片组织持久寿命造成不利影响。而层片团界对组织退化的影响程度较小。此外,探讨了采用Zr、C、Si微合金化抑制持久加载过程中组织退化进而改善持久性能的可行性。     

热处理对选区激光熔化成形Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响

通过激光选区熔化成形工艺制备Ti-22Al-25Nb合金，在此基础上研究不同热处理制度对微观组织组成、形貌及其力学性能的影响规律。结果表明，打印成形态的Ti-22Al-25Nb合金组织具有明显的横纵向差异，呈现沿Z轴向外延生长的柱状晶特征，微观组织组成主要为B2相，晶界和晶内均无明显α₂和O相析出。当热处理温度升高至1 080℃后会发生柱状晶向等轴晶转变，由于晶界对协调塑性变形和抵抗裂纹扩展能力较差，导致其强度较低、塑性较差；在O+α₂+B2三相区960℃热处理，可保持柱状晶的形貌特征，晶内二次析出O相板条的尺寸主要与时效温度有关，O相析出尺寸随时效温度降低而减小，弥散析出的多尺度O相起主要强化作用，连续的B2相基体有利于塑性变形，晶界不连续析出相有利于协调塑性变形和抵抗裂纹沿晶扩展，HT2和HT3制度的强度和伸长率更高，断口也呈现明显的韧性断裂特征，最终优选960℃/2 h+820℃/6 h的热处理制度组合，室温拉伸性能可达到Ti₂AlNb锻件的力学性能水平。