交叉包套轧制Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金的微观组织演化及力学性能

TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能而在航空航天和汽车工业中具有广阔的应用前景,但其本质脆性和变形能力差的缺点严重限制其进一步发展。本工作通过交叉包套轧制(CHPR)和一步退火处理实现了800℃下超高塑性Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金板材的制备。利用SEM、EBSD、TEM和拉伸等实验方法考察了TiAl合金的热变形行为、不同轧制和热处理工艺对微观组织和力学性能的影响。结果表明,与单向包套轧制(UHPR)相比,CHPR板材沿厚度方向和板面方向均表现出更高的组织均匀性,微观组织由残余α₂/γ片层及其晶界的等轴γ、α₂和B2相组成,但残余片层的尺寸较小且含量明显降低,其原因是在CHPR的双向剪切力和压应力的作用下大量残余片层破碎并发生了完全再结晶。CHPR TiAl合金的高温流变软化机制主要包括片层弯曲扭折变形、β/B2相协调变形、α₂/γ片层的相变分解、初生和二次孪晶诱导的γ相动态再结晶。随后对CHPR合金进行1200～1340℃的退火热处理,1200℃条件下获得了等轴片层和等轴晶粒...     

Al含量微调对TiAl合金组织及压缩力学性能的影响

研究了Al含量对TiAl合金微观组织及压缩力学性能的影响,并分析其破坏机理。研究发现,Al含量对TiAl合金微观组织影响显著。通过真空自耗电弧冶炼方法制备的Ti-44.1Al(原子分数,%)合金的组织为全层片组织,层片团粗大,呈现柱状晶特征;而Ti-47.3Al合金的组织为双态组织,三维连通的网状γ相将粗大的铸造组织分割成细小的层片团。力学性能研究发现,与Ti-47.3Al合金相比,无论是在准静态还是动态压缩加载条件下,Ti-44.1Al合金都表现出较高的屈服强度,较低的抗压强度以及较差的塑性变形能力。破坏机理分析表明,准静态压缩加载条件下,在Ti-44.1Al合金中,微孔在γ/α_2层片团的α_2相中萌生并聚集形成裂纹;而在Ti-47.3Al合金中,微孔同时在γ/α2层片团中α_2相中以及三维连通的网状γ相中萌生,微孔聚集形成裂纹并扩展;动态压缩加载条件下,在Ti-44.1Al合金中,在γ/α_2层片团中存在大量的α_2相与γ相的相界,由于加载时间短,在相界处易引起位错塞积而导致应力集中,致使微裂纹在相界处迅速萌生并扩展;而在Ti-47.3Al合金中,微裂纹不仅在γ/α_2层片团中α_2相与γ相的相界处萌生,同时也会在三维连通的网状γ相中迅速萌生并扩展,直至材料破坏。     

热锻开坯对高铌TiAl合金微观组织的影响

采用热等静压技术处理了高铌TiAl合金铸锭,对直径为115 mm的高铌TiAl合金铸锭在1150～1300℃进行了热锻开坯.结果表明:热等静压处理后的高铌TiAl合金由大量粗大的α2/γ片层晶粒和少量的γ等轴晶、B2相等组成,晶粒度约为80～150μm;通过变形量为75%的2次锻造成形后锻饼表面和内部质量较为完好,没有出现裂纹和太多的氧化现象;铸态粗大片层组织在变形后基本破碎,晶粒得到明显细化.     

热暴露对Ti-44Al-4Nb-4Hf-1B合金显微结构和力学性能的影响

对合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-1B在700℃大气气氛中开展了长达10 000 h的热暴露处理,系统地探索和分析含Nb-Hf的TiAl合金的高温热稳定性,采用透射电镜和扫描电镜观察合金的显微组织变化并测试相应的力学性能.研究发现:长期大气高温热暴露导致合金中α2+γ层片晶团内的a2层片发生了一定程度的α2→γ相变:部分α2层片转变成为细小的γ层片,到10 000 h时,α2层片的原始厚度减少了约一半.长期大气高温热暴露也导致合金中α2+γ层片条束上发生了α2+γ→B2(ω)相变:条束上部分α2+γ消失,代之以微米及亚微米尺度的B2(ω)块状相.在10 000 h时,其面积分数达到8.4％,随着高温热暴露的逐渐进行,合金的室温塑性伸长率逐渐降低.在10 000h时,合金的塑性约为热暴露前的2/3,表明在复合含Nb+Hf的TiAl合金中,热暴露所导致的“释氧脆化”和“B2+ω生成脆化”的影响有限.复合含Nb+Hf的TiAl合金具有优于单纯含Nb的TiAl合金的高温热稳定性.长期高温热暴露对合金的断裂强度和条件屈服强度没有明显的有害影响.在10 000 h时,其条件屈服强度总体上仍保持在600MPa级别,而合金的室温疲劳极限还有所提高.     

β相稳定元素对TiAl合金高温变形行为的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了Ti-44Al、Ti-44Al-6Nb和Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金在1 100～1 250℃和0. 01 s-1条件下的热变形行为。研究结果表明,添加β相稳定元素可降低TiAl合金的流变应力,在相同变形条件下Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金具有更低的峰值应力。高温变形时,TiAl合金主要发生片层弯曲和拉长协调变形,以及片层团晶界处动态再结晶和B2相协调变形。动态再结晶程度随着变形温度的升高以及β相稳定元素含量的提高而增加,B2相协调变形和促进动态再结晶是TiAl合金的主要软化方式。添加β相稳定元素和控制B2相含量能有效改善TiAl合金热加工性能。     

无包套近等温锻造TiAl合金的显微组织和拉伸性能(英文)

以真空自耗电弧熔炼技术熔炼名义成分为Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.4(W,Mo)(摩尔百分数)的TiAl合金铸锭,并以该熔炼铸锭进行无包套的近等温锻造实验,研究该TiAl合金铸锭的高温可锻性、显微组织及拉伸性能。结果表明:在无包套的近等温锻造工艺中,该熔炼铸锭显示出较好的高温可锻性,经涂覆玻璃粉浆保护,铸锭在经过60%锻造变形后其锻饼表面无明显裂纹。TiAl合金的铸造组织由细小、均匀的层片状晶团(α2+γ)和少量存在于片层团界的等轴γ晶粒构成;经近等温锻造后,锻饼组织则主要由平均晶粒尺寸为20μm的等轴γ晶粒和一些破碎的片层组织构成,在一些难变形区域,依然存在弯曲变形的片层组织。室温拉伸性能检测表明,由于晶粒细化效应,锻饼的平均抗拉强度由铸锭的433MPa提高到573MPa。     

铸态Ti-46Al-6(Cr, Nb, Si, B)合金的高温流变行为及其组织演变

以3次真空自耗熔炼的Ti-46Al-6(Cr,Nb,Si,B)(at%)(以下简称G4合金)合金为对象,采用恒温等应变速率热模拟压缩试验研究G4合金在1050～1250℃及0.001～1s-1应变速率下的高温流变行为和组织演变。结果表明,在高温变形过程中,G4合金呈现先硬化后软化的流变行为特征,组织由粗大的铸态γ+γ/α2近片层组织演变为细小的近等轴γ+α2组织;造成G4合金流变软化和组织演变的主要原因是动态再结晶(DRX)。变形温度和应变速率是影响G4合金高温流变和组织演变的2个主要因素。铸态G4合金在高温下的变形机制以γ/α2层片晶团的扭折、弯曲、球化和DRX以及γ晶粒的拉长、破碎和DRX为主,孪生变形也起到了一定的辅助作用。其最佳高温塑性变形温度为1150℃,应变速率应不大于0.1s-1。     

一种新型易变形Ti-Al-Mn-W合金组织与力学性能

设计并制备了一种新型低成本、易热变形的Ti-43Al-3.5Mn-0.5W(at%)合金锻锭,并对其组织、室/高温拉伸力学性能、抗高温氧化性、热变形能力进行了系统分析。结果表明,与Ti-42Al-5Mn相比,研制的合金强度、抗高温氧化性、热变形能力更佳,且该合金α₂和β_o相中具有更低的Mn含量,降低了合金近服役温度下富锰Laves相的析出倾向。合金的固态相变路线为：β→β+α→β+α+γ→β+β_o+α+α₂+γ→β_o+α₂+γ,其中γ相完全溶解的温度(T_γ-solv)约为1250℃,β单相区温度(T_β或T_α)约为1360℃。锻态合金显微组织为α₂/γ片层和片层界面处大量β_o和γ混合相,高温强度降低明显。通过两步热处理,锻态合金的高温强度和稳定性均有一定提升,这主要归结为片层组织含量的提高和片层晶团尺寸的细化。1260℃/0.5 h/AC+800℃/...     

反应扩散连接高铌TiAl合金(英文)

采用Al箔作中间层在1200℃/2 h条件下通过反应扩散连接成功实现了高铌TiAl合金(TAN)的焊接,深入研究了接头的界面微观组织结构和连接机理。结果表明:连接过程中Al箔熔化成液相后与高铌TiAl反应在接头中形成了连续的TiAl3化合物层;在高温扩散作用下,TiAl3化合物逐渐转变为γ-TiAl相;最后经焊后热处理形成了γ+α2层片组织。另外,当直接采用高铌TiAl合金的热处理工艺进行焊接时,亦可以获得具有层片组织的接头。     

Reaction-Diffusion Bonding of High Nb Containing TiAl Alloy

采用Al箔作中间层在1200℃/2 h条件下通过反应扩散连接成功实现了高铌TiAl合金(TAN)的焊接,深入研究了接头的界面微观组织结构和连接机理。结果表明:连接过程中Al箔熔化成液相后与高铌TiAl反应在接头中形成了连续的TiAl3化合物层;在高温扩散作用下,TiAl3化合物逐渐转变为γ-TiAl相;最后经焊后热处理形成了γ+α2层片组织。另外,当直接采用高铌TiAl合金的热处理工艺进行焊接时,亦可以获得具有层片组织的接头。     

等离子体氢化对TiAl合金组织及力学性能的影响

对TiAl合金进行了等离子体氢化处理,研究了氢化处理对TiAl合金组织及力学性能的影响。结果表明,通过LECO ROH600氢氧含量分析仪测得H实际含量为0.060%。置氢处理前后TiAl合金的相组成未发生变化,仍为γ-TiAl和α_2-Ti_3Al,氢以固溶的形式存在于TiAl合金中。置氢处理后,合金硬度和室温抗压强度均有所提升。高温变形过程中的流变应力更低,材料再结晶程度提高,变形更加均匀。     

高压凝固Ti-48Al合金片层组织失稳机理

采用高压凝固设备制备了Ti-48Al(原子分数,%)合金,并在真空封装后进行热处理试验,研究热处理工艺对高压凝固Ti-48Al合金的片层组织失稳机理。结果表明,在低于共析转变温度进行热处理时,常压凝固Ti-48Al合金组织中较难发现α_2相颗粒,而高压凝固片层组织界面处已开始析出α_2相颗粒。加热至1280℃进一步确定,相比于常压凝固,高压凝固Ti-48Al合金更易分解,且片层组织中γ相优先分解,长杆状的残余α_2相经历球化长大,这为进一步研究高压下组织与相转变提供了基础,丰富了高压凝固理论。     

碳对粉末冶金Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo的组织细化和力学性能改善

主要由基体γ相和少量α2相组成的TiAl金属间化合物，具有优良的比强度、抗氧化性和抗蠕变性，被用作轻型高温结构材料，主要用于汽车业和航空领域。人们已开发出多种技术，改善和提高TiAl合金的力学性能。比如，通过控制片层团及片层的尺寸和形貌，设计片层间距来优化TiAl合金全片层组织(α2及γ板条交替排列)，达到提高TiAl合金的断裂韧性的目的。在TiAl合金中，间隙原子由于可改变片层间距，从而影响合金性能，而受到广泛关注。韩国学者通过添加碳而细化Ti-46.6Al-1.4Mn-2Mo合金组织来获得最佳力学性能。实验合金名义成分为Ti-46.6…     

两步热处理制备高延性TiAl基合金机理

研究了两步热处理对锻造Ti 4 7Al 2Cr(摩尔分数 ,% )组织演变和室温拉伸性能的影响。经 12 90℃ ,4h FC12 4 0℃ ,4h ,FC 90 0℃ ,2 4h热处理后 ,锻造TiAl基合金中形成了均匀细小的双态组织 ,其室温伸长率 ,室温抗拉强度和室温屈服强度分别为 3.5 % ,6 77MPa和 5 97MPa。在热处理过程中 ,锻造TiAl基合金发生了复杂的相变 ,其相变过程为 :变形组织→γf αf→γf (αf γs αs)→γf Lf γs Ls。当第二步热处理温度偏低时 ,αs 转变为脆性α2 相颗粒 ,降低了合金的室温拉伸性能     

热暴露对Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B合金显微结构及力学性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜以及拉伸和高周疲劳等试验手段研究10 000 h、700℃大气热暴露过程对Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si- 1B合金显微结构和力学性能的影响.结果表明:复合含Nb-Zr的TiAl合金的α2+γ层片组织显示出较高的热力学稳定性,合金的α2+γ层片晶团在热暴露过程中,α2→γ和α2+γ→B...     

Hot Workability and Microstructure Evolution of TiAl Alloy in (α2+γ) Dual-phase Field

为了利用现有的高温合金锻造设备实现TiAl合金的包套锻造,对Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B合金在 (α2+γ) 两相区的热成形能力进行了研究。结果表明,当温度下降到 (α2+γ) 两相区时,合金的热成形能力明显下降,只能在1050 ℃以上温度以0.001 s-1的应变速率进行变形;当温度低于1050 ℃时,试样发生开裂;当温度升高或应变速率降低时,组织中形成更多的动态再结晶晶粒,裂纹消失。然而,当试样采用厚度为1.5 mm的不锈钢进行包套后,合金的热成形能力大大改善,可以在1050~1150 ℃以0.1 s-1的应变速率进行均匀变形,该变形条件更加有利于充分利用当前的工业锻造设备。同未包套试样相比,在相同变形条件下,包套试样中的动态再结晶晶粒较少。     

Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.3B合金中β相行为和特征

采用元素粉末经热压烧结法制备了新型Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.3B合金,研究了热处理工艺对合金组织中β相转变行为及其力学性能的影响。结果表明,粉末冶金态Ti Al合金中β相呈条带状,与γ相形成块状组织。热处理能显著改善材料的组织均匀性,使B2/γ块状组织逐渐转变成α_2/γ层片组织,β相转变行为特征为吸收Ti、Al元素,排出Nb元素。温度是热处理过程中组织均匀化的主控因素,在共析温度Te附近热处理时(1100~1160℃/24 h),B2相逐渐溶解但不能完全消除,而在α相转变温度Tα以上短时热处理和稳定化低温热处理后,如1400℃/2 h/FC+850℃/6 h/AC,B2/γ块状组织可完全消除,且组织粗化不严重。初始态B2相纳米硬度为6.69 GPa,弹性模量为175.4 GPa,热处理导致其纳米硬度和弹性模量逐渐降低。     

真空烧结温度对Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金显微组织及力学性能的影响

为获得细晶TiAl合金及有效减少传统铸造带来的内部缺陷,采用真空热压烧结工艺制备了Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金,研究了烧结温度对TiAl合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:Ti、Al元素粉末反应合成后,经XRD检测,3种烧结温度(1150、1240、1300℃)烧结后的合金主要由γ-TiAl和α_2-Ti_3Al_2种基体相组成,随着烧结温度的增加,γ相含量增加,α_2相则减少;结合SEM观察发现,改变烧结温度可获得TiAl合金不同典型组织,其中1150℃烧结合金为近γ组织、1240℃烧结为双态组织、1300℃烧结为近片层组织,烧结温度的升高使得合金组织愈发均匀;配合EDS分析,烧结温度的升高有助于Nb元素在基体相中的扩散,同时合金密度随烧结温度的升高逐步增大,当烧结温度升至1300℃,合金的密度达到4.419g/cm~3;通过力学性能检测,在1240℃烧结制备的TiAl合金组织为细小的双态组织,显示出较好的综合力学性能,其显微硬度为5270 MPa,在高温压缩时展示出良好的抗压强度。     

热处理对快速凝固Ti-48Al-4Cr合金组织的影响

采用单辊旋淬快速凝固设备制备了Ti-48Al-4Cr(at%)薄带,并在真空封装后进行热处理,研究了热处理对快速凝固Ti-48Al-4Cr合金组织演变的影响。结果表明,快速凝固Ti-48Al-4Cr合金凝固基体为等轴的γ相,基体中含有少量的B2相、α_2相颗粒和片层组织;经723℃保温1 h空冷后,亚稳的α_2相颗粒失稳,但片层组织仍然比较稳定;热处理温度升高至932℃时,片层组织中的杆状α_2相开始按照"瑞利"分解失稳,分解成大量短杆状或者颗粒状的α_2相;在995℃保温1 h以后,基体中已较难发现片层组织存在,但存在着排列方向相同的棒状α_2相,同时在等轴γ相晶界处发现了数量较多的颗粒状B2相。     

V和B元素对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金显微组织及热变形机制的影响

为了探究V和B元素复合添加对β型γ-TiAl合金的显微组织和变形机制产生的影响,本工作针对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金和Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金,进行了不同温度和应变速率条件下的高温热压缩实验,利用SEM-BSE和TEM对组织进行表征,对比分析了其变形后的显微组织,研究了添加V和B对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的显微组织及热变形机制的影响。结果表明,2种Ti Al合金的显微组织差异较大,添加V和B可以显著改变TiAl合金对热变形的敏感性。Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金高温变形能力明显优于Ti-44Al-5Nb-1Mo合金。Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的高温热变形以难变形片层团的偏转、变形带的产生为主,温度为1250℃时,其变形组织表现出较高的温度和应变速率敏感性,极易形成尺寸不均匀的近片层组织;对于Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金而言,升高变形温度或降低应变速率,既可以促进片层团内部的变形诱导L(α/γ)→α+γ+β/B2和γ→α相变,又可以促进α和β/B2相的球化/动态再结晶,从而大幅提高该合金的组织均...