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。     

热变形高铌TiAl合金室温塑性研究

研究了包套锻造对大尺寸高铌TiAl合金室温塑性的影响.结果表明,经过多步包套锻造后,合金室温塑性大大改善,延伸率可达2.29%.这主要归于：多步包套锻造有效地破碎了粗大的铸态组织以及在锻造过程发生了动态再结晶,这样不仅使合金平均晶粒尺寸降低,而且使合金晶粒分布均匀化,得到均匀细小的双态组织.此外,高铌TiAl合金经多步锻造后,有效消除了晶界偏析的脆性β相,从而使合金的室温塑性得到改善.     

双态组织TiAl基合金拉伸塑性的断裂力学

探讨了双态组织TiAl基合金中晶粒尺度对合金常温拉伸塑性的影响. 对等温锻造后的γ-TiAl基合金进行了热处理, 获得了含有不同等轴γ晶粒及片层晶粒体积比的双态组织. 采用单轴拉伸实验, 对断口进行分析发现 双态组织的断裂方式是脆性断裂, 在片层区域以穿晶解理断裂为主, 而在以等轴γ区域为主的细晶区以沿晶断裂为主. 通过统计断裂力学分析, 建立了双态组织TiAl基合金拉伸塑性模型, 并得出结论 只有在晶粒半径细化到50μm以下, 才会对拉伸塑性产生较大的影响.     

层状组织对双相TiAl合金裂纹扩展的影响

在ＴＥＭ下原位观察了双相ＴｉＡｌ层状组织对裂纹扩展的影响，发现了裂纹尖端的钝化以及裂纹的扩展方式与裂纹和片层界面的夹角有关。当裂纹接近平行片层界面时，主裂纹前端有微裂纹产生，此时剪切带韧化机制起主导作用。而当裂纹垂直于片层界面以及介于平等我恶性循环之间进，片支界面对扩展裂纹的阻碍，界面滑移造成的裂纹尖端钝化是层状组织韧化ＴｉＡｌ合金的主要原因，依据裂纹形核的位错理论地上述现象进行了分析。     

TiAl合金涡轮压缩损伤与拉伸断裂行为

为研究TiAl合金涡轮经压力作用后的组织损伤机制及性能弱化规律,设计了对TiAl合金涡轮先压缩再拉伸的实验方法。利用扫描电镜(SEM)对压缩后的涡轮轴颈表面及内部的滑移和微裂纹进行了分析,并观察了拉伸断口形貌。实验结果表明：随着前期涡轮所受的压力的增大,压缩后的TiAl涡轮剩余抗拉强度逐渐降低,当压力为610 MPa时,剩余抗拉强度仅为86 MPa,强度损失率高达70%。TiAl合金压缩过程中形成了以沿层裂纹为主、穿层裂纹为辅的变形损伤特征。与压缩轴成45°的最大剪应力方向上的沿层裂纹是TiAl合金压缩损伤的主要形式。压缩损伤后的TiAl合金涡轮拉伸断裂均发生在靠近涡轮浇铸冒口侧的细轴颈部位。受压变形后的片层组织中的微小裂纹在随后拉应力作用下继续扩展直至韧带桥被贯穿,小裂纹合并成大裂纹,在断口上表现出沿层和穿层的混合断裂形貌。     

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.     

热处理TiAl(W,Si)合金的拉伸性能及裂纹扩展

对铸态Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金进行淬火回火热处理,获得了近层片组织和双态组织。对两种不同组织的合金进行室温拉伸试验,并对试样断口和断口附近的组织进行分析,研究了拉伸断裂机制。结果表明:双态组织比近层片组织具有更好的室温塑性和抗拉强度。双态组织中的裂纹可以绕过较小的γ相颗粒,沿γ相和α2/γ片层团的界面扩展,也会以穿越层片的方式扩展。而近层片组织中的裂纹则是以沿片层和穿越片层的混合方式扩展。     

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。     

锻造高铌双态TiAl合金的冷轧工艺及组织力学性能研究

采用道次小压下量的工艺对高铌双态TiAl 锻造合金进行精确控制的冷轧实验.结果表明:冷轧后整个试样变形均匀,总变形量在没有中间退火的情况下最大可超过20%.合金变形后的组织仍然为双态组织,γ组织沿轧制方向拉伸变长,片层组织也由原来的无序分布变为与轧向呈一定角度分布.退火实验表明,不同的变形量、退火温度和退火时间对冷轧高铌钛铝合金的力学性能和显微组织均有明显的影响,因而不同的压下量,其中间退火工艺是不同的.     

层片状双相TiAl合金拉伸与压缩变形行为差异

本文研究了层片状双相TiAl合金的室温拉伸压缩变形行为与断裂行为,发现在拉压变形条件下,其室温塑性有显著差异.并且这种差异与裂纹扩展路径有关.在室温拉伸与压缩变形时,该合金的拉压屈服应力随外载与层片界面间的夹角φ的变化趋势一致,而拉压断裂应变εf随夹角φ的变化趋势正好相反.外载与层片界面垂直时(φ=90°),拉伸断裂应变最小(εf≈0);压缩断裂应变最大(εf≈38%).夹角φ减小时,拉伸断裂应变增加,压缩断裂应变减小.在拉、压变形时裂纹的扩展路径不同.     

双态组织高Nb-TiAl合金的缺口敏感性

通过对圆棒状缺口试样和无缺口光滑试样进行单向拉伸试验,研究了双态组织高Nb-TiAl合金的缺口敏感性。研究表明,缺口根半径R≥0.5 mm的U型试样和缺口角度60°、R≥1 mm的V型试样的抗拉强度RmN都大于光滑试样的抗拉强度Rm,缺口敏感度NSR均大于1,合金对缺口不敏感。当缺口类型相同时,缺口敏感性随缺口根半径R的减小而增大;V型缺口敏感性大于U型缺口;对于V型缺口试样,当R=0.5 mm时,其NSR在0.98~1.03之间,RmN在Rm附近波动,易出现缺口敏感。     

TiAl合金增压涡轮断裂分析

某TiAl合金增压器涡轮在超速试验转速达8.6×104r/min时发生断裂失效。通过对失效的TiAl合金增压涡轮及涡轮叶片断口进行宏、微观观察及分析,以确定其失效原因。结果表明：涡轮和涡轮叶片断口的断裂特征主要由沿层断裂及穿层断裂组成;涡轮断裂是从增压器涡轮和涡轮轴颈相连接的圆弧过渡区域处的铸造疏松起源并发生断裂;涡轮断裂失效与层取向、铸造缺陷、圆弧过渡及离心力有关。     

TiAl基合金双态组织的控制

研究了TiAl合金双态组织的显微组织参数对力学性能的影响 ,通过对Ti 46 5Al 2Cr 1 5Nb 1V金属间化合物进行特定的热处理 ;分别获得了具有相同晶粒大小、不同片层晶粒体积分数 ,以及相同片层晶粒体积分数、不同晶粒大小显微组织的两个系列的双态复相TiAl合金。研究结果表明 :对于双态复相组织 ,晶粒尺寸由预备热处理过程中的退火时间来控制 ;而片层晶粒体积分数则通过后续热处理温度来控制 ,不同片层晶粒含量双态组织的晶粒尺度可以通过后续热处理时间来控制     

全层状TiAl合金室温拉伸性能的影响因素

研究了显微组织和应变速率对全层状Ti-47Al-2Cr(at%)合金室温拉伸性能的影响，结果表明，全层状TiAl基合金的室温拉伸强度和室温延伸率随晶团尺寸和层片间距的减小而提高；其室温拉伸强度随应变速率的加快而提高；而应变速率对其室温延伸率的影响与显微组织相关，低延性全层状TiAl基合金的室温延伸率对应变速率不敏感，而高延性全层状TiAl基合金的室温延伸率对应变速率敏感，并随应变速率的加快而提高。     

B和Y对高铌TiAl合金组织和拉伸性能的影响

研究了B和Y对Ti45Al8Nb0.2W0.25Cr (at%) 合金的微观结构、微观偏析和拉伸行为的影响。结果表明,高铌TiAl合金中的β相稳定元素促进了微观偏析区域中γ相以及大块状微观偏析区域的形成。具有低比表面积的大块状微偏析区域降低了微偏析界面处的空洞和裂纹的成核率,明显降低了晶界处的强度和合金的抗拉强度。B和Y的添加明显的细化了片层团,增加了片层团处空洞成核的机会,从而提高了变形抗力。分析了2种合金的拉伸机理。     

TiAl基合金Nb-C复合渗高温抗氧化性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术对TiA1基合金表面进行铌碳复合渗处理,且对处理后的试样进行高温氧化试验研究.通过SEM,XRD分析,对比研究了TiAl基合金表面经过等离子铌碳复合渗处理并高温氧化前后的微观形貌,且对其氧化机理做了进一步的探讨.结果表明:铌和碳的加入提高了铝的活性,促进了Al2O3的生成,经过铌碳复合渗处理...