退火对激光熔化沉积制备γ-TiAl合金显微组织和力学性能的影响（英文）

研究激光熔化沉积制备γ-TiAl合金沉积态和不同温度退火态样品的显微组织演变和力学性能。结果表明,沉积态试样的显微组织由细小α₂(Ti₃Al)+γ片层构成。随着退火温度的升高,块状γ_m(TiAl)相逐渐由单-γ相→γ相+针状α₂相→γ相+片层状α₂+γ方向转变。与沉积态γ-TiAl合金的力学性能(抗拉强度469 MPa、伸长率1.1%)相比,经1260℃、30 min、FC退火处理后,试样的室温抗拉强度为543.4 MPa,伸长率为3.7%,其力学性能得到显著提高。     

马氏体TiAl合金的热变形行为

为研究马氏体TiAl合金的热变形行为,对Ti-42.1Al-8.3V合金进行1320 ℃油淬,得到马氏体,然后利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了马氏体在变形温度为1000~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s^-1下的热变形行为。利用背散射电子成像(BSE)和背散射衍射(EBSD)研究了热变形参数对TiAl合金显微组织的影响,通过分析真应力-真应变曲线,结合双曲正弦方程建立了本构方程。结果表明,马氏体TiAl合金的流变应力曲线符合动态再结晶特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;通过计算得到n为2.175,变形激活能Q为595.79 kJ/mol,并构建了马氏体TiAl合金的本构方程;在热变形后,TiAl合金中近等边三角形排布的马氏体转变成α₂/γ片层结构。随着变形温度的升高和应变速率的减小,α₂/γ片层逐步被再结晶晶粒替代,最后在变形温度为1100 ℃、应变速率为0.001 s^-1条件下全部转化为等轴晶。另外,随着应变速率的降低和变形温度的升高,晶粒充分长大,逐渐粗化。     

硼化物原位自生增强TiAl基复合材料的组织演化、热变形行为及加工工艺设计（英文）

硼元素添加造成的相转变和硼化物析出等因素会对原位TiAl基复合材料显微组织演化及热变形行为产生影响。利用等温压缩实验、扫描电子显微技术以及透射电子显微技术等研究材料的动态再结晶和动态回复机制,并计算出其表现变形激活能为691.506 k J/mol。在1100～1200℃温度区间,再结晶γ和α晶粒的形核长大分别主导α₂→α相转变温度上、下的热变形行为。α相的动态回复主导材料在1250℃低应变速率下的热变形行为;同时,硼元素会提高α相含量,降低γ→α和α₂→α相转变温度,进而促进加载过程中回复α相晶粒的形核长大。根据新建的本构模型,对TiAl基复合材料的变形机制和加工工艺进行详细阐述.     

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℃/...     

TiAl-V-Cr合金板材及其超塑性研究

TiAl合金具有低密度、高模量、阻燃性和优异的高温力学性能,已经成为一种新型轻质耐高温结构材料。以V和Cr元素合金化的TiAl合金板材为研究对象,开展了板材超塑性试验研究,采用EBSD、SEM、TEM等试验方法进行了组织表征。结果表明,板材由等轴γ晶粒、短条/块状B2相、少量的块状α₂相组成,平均晶粒尺寸约为3.5 μm;TiAl合金板材在950 ℃/1×10^-4 s^-1条件下拉伸变形,伸长率为345%,表现出了优异的超塑性,并利用这种特性制造出航空发动机尾喷口用复杂结构典型试验件。     

Ti-43Al-4Nb-1.5Mo合金包套锻造与热处理过程的微观组织及高温拉伸性能

对Ti-43Al-4Nb-1.5Mo合金进行包套锻造和后续热处理实验,考察了该过程TiAl合金的热变形行为、流变软化机制以及热处理参数对微观组织和力学性能的影响。结果表明,TiAl合金包套锻造过程的高温流变软化以β相协调变形、片层相变分解、g相内位错滑移以及孪晶诱导的动态再结晶为主,最终组织为残余α_2/γ层片和等轴α_2、γ、B2相的混合组织。随热处理温度的升高,热变形组织由残余α_2/γ层片和多相混合组织转变为α_2/γ层片+γ相组织,在较高的温度下(1300℃)转变为全层片组织。其中,B2相随着溶质扩散程度的增加逐渐消失,残余层片组织发生分解转变为等轴α_2/γ层片团,同时发生γ→α转变,形成全层片组织。对热等静压、锻态和热处理试样的高温(800℃)拉伸性能进行比较,经热处理后获得的全片层组织具有最佳的综合性能,抗拉强度为663 MPa,延伸率达到26%。分析该样品的断裂行为可知,由于存在层片扭曲拉长、微孔钝化以及裂纹曲折延伸的断裂机制,全层片组织具有良好强度-塑性的综合力学性能。另外,热加工过程中(高温)bcc结构B2相能够协调变形,但服役条件下硬脆的B2相作为裂纹源容易引起裂纹萌生,对力学性能极其不利。因此,TiAl合金在热变形和服役过程中需要对组成相进行严格控制,从而获得良好的力学性能。     

直接包套轧制铸态Ti-46Al-8Nb合金的组织特征及热变形机制

根据热模拟实验结果和动态材料模型建立了Ti-46Al-8Nb合金的热加工图,确定了合理的热加工工艺制度,并采用包套轧制方法制备了Ti Al合金板材,考察了轧制高铌Ti Al合金的组织演变规律及流变软化机制。结果表明,在低应变时加工图中只存在2个失稳区,当应变增加到0.4时,在1250℃、0.006 s^-1附近位置也出现了失稳;在1200℃、1 s^-1和1150～1200℃、0.01 s^-1附近存在典型的动态再结晶区域。最终结合应变速率敏感系数的分析,选择在1150～1200℃、0.01～0.03 s^-1,每道次变形量约为18%的条件下进行复合包套轧制,获得厚度约为0.85 mm、变形均匀无裂纹缺陷的板材,其热轧组织局域流变软化严重,存在明显的轧制变形带,但整体组织均匀性较好。Ti-46Al-8Nb合金在热轧过程中的流变软化以γ相的动态再结晶以及热-力作用下L(α/γ)层片组织的相变分解为主,其中再结晶过程主要是通过位错塞积诱导亚晶界形成进而完成小角度晶界向大角度晶界的转化,L(α/γ)→γ+α+B2...     

微纳米颗粒增强TiAl基复合材料组织与室温力学性能

原位自生颗粒增强金属基复合材料是提高金属材料强韧性的有效途径,采用放电等离子烧结技术(SPS),以氧化石墨烯、碳化硅、氮化硼为增强体,原位自生制备TiAl基复合材料,研究第二相对TiAl基复合材料显微组织演变及室温性能的影响。结果表明,增强体的改变直接影响了TiAl基复合材料第二相形貌和分布。添加石墨烯在TiAl合金α₂和γ片层界面处弥散析出微纳米尺度第二相Ti₂AlC;添加碳化硅在基体中分别生成微米级晶界相Ti₅Si₃,微纳米片层间相Ti₂AlC;添加氮化硼未能在TiAl合金α₂和γ片层界面处析出微纳米第二相,而是纳米级TiB₂和Ti₂AlN相析出在晶界处与基体形成连续核壳结构;复合添加石墨烯和氮化硼既能在片层间原位析出Ti₂AlC相,又能在晶界处形成核壳结构。TiAl基复合材料的室温压缩性能和摩擦磨损性能均得到有效提高,复合添加石墨烯和氮化硼可获得优异的室温力学性能。TiAl基复合材料的...     

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。     

La2O3对TZM合金再结晶温度的影响

采用粉末冶金和轧制工艺制备TZM合金和掺镧TZM合金,通过对其分别在1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600 ℃退火后样品的显微组织进行研究与对比,分析La₂O₃对TZM合金再结晶温度的影响机理。研究表明,TZM合金的再结晶温度为1100 ℃左右,La-TZM合金的再结晶温度为1200 ℃,La₂O₃在TZM合金的晶界处形成细小的第二相,阻碍了晶界的迁移,可提高TZM合金的再结晶温度,同时可提高晶界第二相的形核概率,且可细化晶粒。     

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.     

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。     

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.     

锻态Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴及片层组织高温拉伸性能及组织演变

等轴γ晶粒和α2/γ片层是beta-gamma TiAl合金的2种主要变形组织形态。研究了锻态Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织及片层组织的高温拉伸性能及组织演变。结果表明:拉伸温度对Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的力学性能和显微组织有显著的影响。在相同温度下,Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金等轴组织的抗拉强度和屈服强度略高于片层组织,而延伸率相差不大。随拉伸温度的升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,而延伸率迅速增大。对于等轴组织,提高温度,等轴γ晶粒被拉长,发生完全的动态再结晶,从而细化合金的显微组织。对于片层组织,α2/γ片层的分解和γ板条的再结晶程度随拉伸温度的升高而增大。Ti-44Al-4Nb-4V-0.3Mo-Y合金的韧脆转变温度在750～800℃之间。     

箔-纤维-箔法制备Mof/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用箔-纤维-箔法和热压烧结成功制备出Mo_f/Ti48Al复合材料,并分析了Mo纤维对TiAl合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过635 ℃,3 MPa,10 h+680 ℃,3 MPa,4 h的两步低温热压,箔材中的Al完全反应完,TiAl箔叠层材料形成致密的Ti/TiAl₃板材,合金致密基本无孔洞。再通过1200 ℃,36 h的高温退火,Ti与TiAl₃在高温下继续反应,形成γ-TiAl、α-Ti₃Al相。高温退火后的钼纤维与基体合金发生了扩散反应,形成了扩散区域,此区域内主要相组成为TiMo、AlMo₃,钼纤维与基体合金通过扩散紧密结合在一起,界面未发现孔洞和因应力形成的裂纹。相比于未添加钼纤维的合金,添加10vol%钼纤维的复合材料抗弯性能有明显的提高,钼纤维在合金中起到了强韧化作用。     

预热温度对GTA增材制造钛铝合金组织及性能的影响

高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差,复杂结构成形技术难度大,制造成本高. 电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造过程中仍需注意裂纹控制问题. 预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生. 文中以Ti6Al4V与ER1100纯铝焊丝作为原材料,在200 ,300,450 ℃的预热温度下利用TIG焊原位合成了铝含量为50% (原子分数)的TiAl基合金,考察了不同预热温度下TIG电弧增材制造的钛铝合金的组织与力学性能. 结果表明,随着预热温度的增加,构件的顶部与中部区域逐渐在γ/α₂层片团的晶界析出更多的块状γ相,底部组织变化不明显. 预热温度的增加使得合金中γ相增多而α₂相减少,导致合金室温硬度减少. 同时,弥散分布的块状γ相的增多,使得构件的压缩性能提升,当预热温度为450 ℃时,构件抗压强度与压缩率最高.     

Ta对新β型γ-TiAl基合金板材组织与性能的影响

本文以Ti-42.5Al-2Cr-0.2W与Ti-42.5Al-2Cr-0.2W-3Ta合金板材为研究对象,系统分析了Ta对两种合金的不同状态显微组织及硬度的影响规律与内在的机制变化。结果表明：加工状态下,未含Ta的组织中片层粗大且原始α晶粒较多;含Ta的组织片层细小均匀,再结晶晶粒数量多,原始α晶粒少。热处理状态下,含Ta的组织中片层球化趋势增加,B2相易分解为α2+γ。热处理时间延长,未含Ta的合金组织内的晶团长大速度更快。TEM组织中含Ta的合金板材组织中存在更多的β相以及少量的ω相,不含Ta的组织中β相少且无ω相。此外,硬度分析发现含有Ta的γ-TiAl合金板材硬度值低于不含Ta的合金板材,这与片层细小及β、ω相的数量有关。     

TZM合金板材的制备及其再结晶行为

采用粉末冶金和轧制工艺制备TZM合金,利用金相显微镜和扫描电镜观察TZM合金烧结坯和板材的组织.研究表明:烧结坯的密度为9.94 g/cm3,硬度为65 HRC,烧结坯组织为等轴晶,晶粒分布均匀,平均晶粒尺寸约为10μm,晶界轮廓清晰.轧制后的TZM合金板材密度为10 g/cm3,抗拉强度为914 MPa,伸长率为4.6％.TZM合金板材在1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600℃退火后样品的显微组织分析与对比表明,1000 ℃、1100℃时TZM合金板材处于回复阶段,1200℃时开始再结晶,1600℃时TZM合金板材已经完全再结晶.     

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...     

锻造与轧制对Ti-43Al-9V-0．3Y合金显微组织和力学性能的影响

铸态Ti-43Al-9V-0.3Y合金由γ相及少量α2,B2和YAl2相组成,为细小的近层片组织,晶粒(层片团)尺寸约为80 μm,层片体积分数约为85%;锻态合金由大量细小的动态再结晶等轴γ晶粒组成,组织细化显著,γ再结晶晶粒尺寸约为1-5 μm;轧态合金为细小近,γ组织,γ品粒尺寸约为20 μm,尺寸细小的B2相呈网络状分布在γ晶粒周围.铸态合金在室温下的拉伸断裂强度约为510.6 MPa,延伸率约为0.5%;在700℃下的拉伸断裂强度约为425.8 MPa,延伸率约为5.7%.锻造和轧制后的Ti-43Al-9V-0.3Y合金的力学性能均得到了明显改善.