锻造高铌TiAl合金高温蠕变与损伤行为EI北大核心CSCD

通过组织形貌观察和蠕变性能测定,研究了锻造态高铌TiAl合金的蠕变与损伤行为。结果表明:铸态高铌TiAl合金经等温锻造,层片晶团的平均尺寸由507μm减小到56.7μm。锻造态高铌TiAl合金在蠕变期间的变形主要发生在γ片层和等轴γ晶中,位错运动至相界/晶界受阻并堆积,可形成位错缠结或位错列,提高位错运动的阻力;其中,等轴γ晶粒中的位错缠结可发生束集促进动态再结晶,形成细小亚晶结构。柏氏矢量为[101]和[011]的位错分别在不同{111}面滑移形成位错网,γ相中的蠕变位错运动至位错网,与其相互作用,可改变原来的运动方向,促进其攀移。蠕变后期,孔洞首先在等轴γ晶区域产生,并在该区域聚集、长大和扩展,直至发生合金的蠕变断裂。这是高温蠕变期间的损伤与断裂机制。     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

全片层与双态组织高铌TiAl合金高温原位拉伸研究EI北大核心CSCD

利用原位观察的方法研究了全片层(Fully Lamellar,FL)组织与双态(Duplex,DP)组织高铌TiAl合金在750℃下的拉伸力学行为。结果表明:DP组织具有较好的抗拉强度和塑性,其抗拉强度为958MPa,断面收缩率为45.1%,FL组织抗拉强度较低且几乎没有塑性;随着拉伸应力的增加,DP组织合金试样表面存在一个大量裂纹萌生和扩展的过程,这些裂纹均匀分布在试样表面,主要以萌生为主,几乎难以扩展,而在FL组织中只能观察到少量的裂纹萌生现象;拉伸断裂后的DP组织合金的裂纹是由多个孔洞合并而成,呈蠕虫状且尺寸很小,FL组织中与拉伸方向垂直或呈一较大夹角的片层团界及片层界较易萌生裂纹,在临近断口区域,裂纹主要以穿层扩展为主。     

高铌TiAl合金蠕变变形的原位观察

研究了近片层Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金在750和800℃时短时蠕变行为,并进行了扫描电镜原位观察。结果表明:在750℃蠕变时,合金具有稳定的蠕变特征,随应力提高,稳态蠕变阶段变短,其蠕变应力指数为7.5;在800℃蠕变时,低应力下具有明显的稳态蠕变阶段,其蠕变应力指数为4.0,而高应力下几乎没有稳态蠕变,直接进入加速蠕变。SEM原位观察表明,其蠕变损伤过程是微裂纹的形成、长大及相互连接;随温度升高,裂纹扩展和连接速度变快。     

放电等离子烧结制备Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al合金

利用放电等离子烧结技术制备了一种低成本车用钛合金(Ti-4.3Fe-7.1Cr-3Al),研究烧结温度对其晶粒尺寸、孔隙率、显微组织、成分均匀性、相结构及力学性能的影响。结果表明,在1100和1300℃两种烧结温度下,其显微组织基本由针状α相和β基体相组成,其间分布着条状或颗粒状TiC。随着烧结温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,孔隙率逐渐减小,TiC析出密度逐渐增多,针状α相逐渐减少,并且由1100℃的不均匀分布逐渐转变为1300℃的均匀分布。电子探针分析表明,1100℃时成分均匀性差,出现了Cr和Al元素的偏析,而1300℃时基本无偏析。XRD分析和纳米力学探针测量显示,添加的合金元素使β相的晶格参数减小以及细小第二相析出,弹性模量增大。     

铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的热机械疲劳行为

采用应变控制的方法,研究了铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金400℃～800℃循环温度下的同相位热机械疲劳行为,并与400℃和800℃恒温低周疲劳结果进行了对比分析。结果表明,该合金的400℃～800℃同相位热机械疲劳性能在大应变短寿命区优于400℃和800℃恒温低周疲劳;在小应变长寿命区略低于400℃低周疲劳,介于800℃低周疲劳数据分散带内;在热机械疲劳试验条件下,合金不表现明显循环硬化或软化现象,疲劳试样断口可观察到层片间、层片内断裂和穿层片撕裂3种开裂方式。     

高铌TiAl合金在疲劳蠕变作用下的裂纹萌生及扩展

利用SEM原位观察技术研究了近片层Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金在750℃疲劳蠕变交互作用下的裂纹萌生及扩展行为,循环实验采用在最大拉应力保载的梯形波.结果表明,裂纹主要在片层团界面萌生,裂纹萌生方式包括蠕变空洞和疲劳微裂纹.片层团界面处的微裂纹先通过吞并蠕变空洞或在裂纹尖端应力集中作用下沿片层团界面进行扩展,然后相互连接长大;当裂纹扩展受到不同取向的片层团界面阻碍时,受阻的裂纹开始沿试样厚度方向扩展,且附近伴随出现垂直于载荷方向的微裂纹;最终受阻的裂纹相互连接直至合金断裂.将实验结果与该合金在相同条件下疲劳变形和蠕变变形的原位观察结果进行了比较.结合实验结果建立了高铌TiAl合金在疲劳蠕变交互作用下裂纹萌生及扩展示意模型.     

双态和全片层组织大尺寸Ti-43Al-9V-Y合金的拉伸性能

采用真空自耗电极电弧炉熔炼技术、均匀化热处理、热等静压处理以及包套锻造工艺制备了大尺寸双态组织(DP组织)Ti-43Al-9V-Y合金锻坯,切取适量锻坯在1 350℃保温8h后得到全片层组织(FL组织),在室温,700,750,800,900℃下对两种组织合金不同位置处的试样进行拉伸试验,并对断口形貌进行观察。结果表明:DP组织合金的均匀性较好,不同位置处的拉伸性能无明显差异;在室温~700℃范围内,随着温度的升高,合金的屈服强度略有下降,但仍保持在较高水平;在700~900℃范围内,随着温度的升高,合金的屈服强度迅速下降,700℃时,DP组织和FL组织合金的平均伸长率分别为8.3%和2.05%,当温度高于700℃以后,合金开始呈现出软化趋势,800℃的拉伸断口表面可见韧窝及明显的氧化膜。     

TiAl合金高温疲劳小裂纹与长裂纹扩展行为

采用原位观察疲劳试验方法研究了变形TiAl合金在650℃下的三维小裂纹扩展行为,利用传统疲劳裂纹扩展试验方法研究了该合金在650～800℃温度范围内的长裂纹扩展行为。结果显示,650℃下,变形TiAl合金的三维小裂纹在低于长裂纹扩展门槛值的区域依然能够扩展,并且扩展速率高于长裂纹;位于试样棱边的横向机械加工刻痕是合金三维小裂纹萌生的主要位置之一,小裂纹在扩展过程中发生偏折并在偏折处合并,合金的疲劳寿命对试样表面的不规则条状加工缺陷不敏感;在650～800℃温度范围内,合金的疲劳长裂纹稳态扩展速率对温度变化不敏感,裂纹扩展过程均显示为解理断裂,裂纹扩展门槛值受韧/脆转变温度影响,韧/脆转变温度以下温度的门槛值较低。     

高铌TiAl合金的高温断裂韧性

利用紧凑拉伸试样通过预制疲劳裂纹研究近片层组织Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金和全片层组织Ti-45Al-7Nb-0.2W-0.2Hf-0.3B-0.15C合金在750℃下的断裂韧性,并分析两种组织合金的断口形貌.结果表明,近片层组织和全片层组织高铌TiAl合金750℃时的断裂韧性分别为19.54和31.58 MPa·m1/2,且近片层组织疲劳裂纹开始萌生时的最大疲劳载荷明显低于全片层组织.断口分析表明近片层组织中裂纹主要在等轴γ晶中萌生,裂纹扩展方式包括沿γ晶、穿γ晶及沿片层、穿片层;全片层组织中裂纹主要在垂直于加载方向的片层间萌生,裂纹以沿片层与穿片层的混合方式进行扩展且伴有二次裂纹的萌生.