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...     

Ti45Al8Nb0.5B0.2C合金的组织及高温氧化行为研究

研究了Ti45Al8Nb0.8B0.2C合金的组织及高温氧化行为。XRD、SEM、TEM及EDS分析表明,合金热等静压后的组织为γ和α2相组成的片层组织,片层团晶粒内部与层片团晶界处存在条状或点状白色相TiB2;高温淬火合金发生α→γm相变,在α+γ两相区时效合金组织由不同取向的细小层片和层片交界处的α2相组成。氧化增重实验及XRD、SEM分析表明,合金在900和1000℃氧化100h,氧化反应常数分别为0.00192和0.31637,幂指数分别为1.1381和2.0076。合金在900℃氧化100h后氧化层厚度大约为4μm,从外到内依次为:不连续的Al2O3层/Al2O3+TiO2混合层/富Nb层/基体。合金在1000℃氧化100h后氧化层厚度大约为5μm,从外到内依次为:TiO2/Al2O3+TiO2/氮化物层/基体。     

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.     

热暴露对近片层γ-TiAl合金在交变载荷下表面损伤容限的影响研究

研究了高强度的近片层γ-Ti Al合金Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B长期热暴露(700℃,10000 h)前后的显微组织变化,并研究了表面缺陷对高周疲劳性能的影响。对长裂纹的疲劳起裂门槛值,引起疲劳失效的非安全尺寸的短裂纹范围进行分析,确定了该合金在热暴露下的表面缺陷的容忍限度。结果表明:热暴露能提升该合金光滑样品的疲劳强度,增加其对表面缺陷的敏感度。     

热暴露后合金Ti-45Al-8.5Nb(WBY)的显微组织和拉伸性能变化

对Ti-45Al-8.5Nb(WBY)合金在700℃大气环境下分别进行了1000、1700、3000、10000h的热暴露处理.通过扫描电镜及透射电镜研究了系列热暴露对该合金组织稳定性的影响,并进行了室温拉伸测试.研究发现,Ti-45Al-8.5Nb-(WBY)合金在室温下为双态细晶组织.在热暴露1000h后,在α2+γ层片晶团内α2层片通过α2→γ相变发生了平行分解,导致层片细化,这有利于提高该合金的拉伸强度,屈服强度和塑性.在热暴露1700h后,合金开始通过α2+γ→B2(ω)相变生成B2(ω)等轴晶粒.在3000h热暴露后,从α2+γ层片晶团形成的B2(ω)等轴晶粒达到18 vol％,而且其上有针状相广泛析出.经历10000h热暴露形成的B2(ω)等轴晶粒和经历3000h形成的接近,导致该合金的强度和塑性均降低,但在10000h热暴露后,这种力学性能的降低不高于10％.     

长期热暴露对含钨铌γ-TiAl合金疲劳及表面损伤容限的影响

选取热暴露(700℃,10000 h)前、后的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B(摩尔分数,%)(5-1-1合金),对其表面引入不同深度的缺口(0~800μm),研究热暴露对该材料的疲劳性能及缺口损伤容限的影响,以Kitagawa-Takahashi线图的形式对热暴露引起的疲劳强化、长裂纹扩展门槛值以及合金在热暴露影响下对表面损伤的容忍限度进行定量分析。结果表明:热暴露导致的回火稳态良性效应大于合金显微组织出现脆化的有害效应,使得热暴露后无缺口样品出现疲劳强度提高,而α_2层片分解和组织细化能适当提高疲劳长裂纹扩展门槛值。当在热暴露后引入缺口而无回火效应时,长期热暴露导致的组织脆化成为控制性因素,材料的缺口敏感性增加,表现为出现短缺口效应的尺寸范围在热暴露后明显增大。     

Effects of Thermal Exposure on the Tensile and Fatigue Properties of Cast Ti—47Al—2Cr—2Nb--0.15B Alloy

测量了铸造Ti—47Al—2Cr—2Nb-0．15B(原子分数，％)合金的高温疲劳强度以及650℃／100h和800℃／100h热暴露后的拉伸性能和疲劳强度，采用X射线衍射和扫描电镜等方法分析了经热暴露后合金基体组织的变化和表面层的结构．随暴露温度的提高，合金的室温塑性和疲劳强度降低，650℃附近有一转折点，大于650℃时上述性能加速下降；合金高温疲劳性能具有相似的变化规律．显微分析表明，在热暴露或高温疲劳实验时，表面形成的脆性层是导致合金性能降低的直接原因；而随温度的提高，表面层由渗氧层转变为氧化层是导致合金性能随温度变化出现转折的原因．     

Y对Ti-45Al-6Nb合金组织结构和高温氧化性能的影响

研究了Y对电弧熔炼Ti-45Al-6Nb合金组织结构和高温氧化性能的影响。结果表明,不同Y含量的Ti-45Al-6Nb合金均主要由γ+α_2片层组织、B_2析出相和少量Y_2O_3组成,微量Y对合金的相组成没有明显的影响,但能够显著细化合金的α_2+γ片层组织。高温氧化结果表明,Y能够明显改善Ti-45Al-6Nb合金的高温抗氧化性能,且Y含量为0.3%时效果更优:Ti-45Al-6Nb-0.3Y合金在1 000℃空气中的氧化速率为3.26×10~(-2) mg~2/(cm~4·h),分别是Y含量为0.1%和0.9%时合金氧化速率的41.3%和26.1%,较不含Y合金低约1个数量级。     

表面处理对高强度的γ-TiAl合金在长期热暴露前、后疲劳性能的影响

研究了电解抛光和电解抛光+喷丸两种表面强化工艺对高强度细晶粒合金Ti-44Al-5Nb-0.85W-0.85B在长期热暴露(10000 h、700℃)前、后疲劳行为的影响。结果表明:在热暴露前,电解抛光+喷丸处理相对于电解抛光处理更能有效地提高该合金的疲劳性能。热暴露后,相对于电解抛光+喷丸,电解抛光的合金疲劳强度增加。在经历热暴露后,电解抛光处理的材料的疲劳强度有一定程度的提高。获得光滑无缺陷表面的电解抛光工艺比电解抛光+喷丸工艺更能有效地保持钛铝合金抗热暴露氧化的能力。     

不同表面状态和热暴露对γ-TiAl合金疲劳性能的影响

研究了中等强度粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46Al-5Nb-lW(at%)热暴露前、后不同表面加工状态下的疲劳性能。结果表明,热暴露前虽然绝大多数样品在σ_(max)σ_(0.2)的条件下进行疲劳,但是由于层片晶粒尺寸变化幅度大,容易在粗大的层片晶粒和软位向上,出现σ_(max)σ_(0.2)的局部异常情况,导致早期屈服并诱发裂纹萌生。因此,表面加工质量的改善对S-N疲劳强度的有益影响明显小于细晶粒合金。研宄还发现,热暴露中由于释氧和有序相相变引起的脆化效应并不明显,合金反而因样品在热浴中长期浸泡,导致残余应力释放和缺陷钝化而出现了疲劳性能增强的趋势。其增强的幅度和表面质量改善的程度相关。此外,该粗晶粒合金显示出较低的缺口敏感系数,在引入V型缺口后,其疲劳缺口敏感系数在热暴露前为0.27,热暴露后为0.32。     

内燃机用Ti-42.5Al-4Nb-1Mo-0.2B合金高温组织研究

热处理可以有效细化Ti-Al合金晶粒,改善微观组织,提高性能。通过微观组织分析研究热处理温度对内燃机用Ti-42.5Al-4Nb-1Mo-0.2B合金组织的影响。结果表明:合金在铸态下主要为片层状组织形貌,合金组织中的B2相和γ相以混合状态存在。淬火组织内大块γ相已经全部消失,B2晶粒内只存在数量较少的细小棒状α_2晶粒。在高温状态下合金组织内存在大量β相,温度越高越易发生动态再结晶。随变形温度的升高,合金γ相的数量明显减少,γ相开始析出α_2相层片结构,生成α_2/γ片层状组织,同时也有一部分γ相全部转化为α_2相。     

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。     

热暴露及表面氧化对γ-TiAl合金疲劳性能的影响

研究了全片层组织的中等强度γ-TiAl合金Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8TiB2在热暴露+表面氧化10000 h以后,4种加工表面与高频疲劳行为的定量关系。结果表明:在该TiAl合金的疲劳过程中当经历长时间热暴露+氧化后,相对于热暴露之前,该合金的疲劳强度有增有降,依表面加工方式而定。表面质量差的线切割样品以及表面无压应力的电解抛光样品,出现"热暴露+氧化增强"的现象,这表明大气热暴露导致的应力弛豫现象带来的有利效果大于表层氧化产生的不利效果。热暴露+氧化对喷丸样品有明显不利效果,热暴露引起的应力弛豫导致喷丸样品表面压应力降低,层厚减薄,氧化引起表面疏松,引入了缺陷。     

低合金化中等强度Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8vol%TiB2合金的热稳定性

研究了低合金化、中等强度、全片层γ-TiAl合金Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8 vol% TiB₂在10000 h、700 ℃大气热暴露处理下的热稳定性。研究发现,长期的大气热暴露导致合金通过渐进的α₂层片消解、减薄模式实现α₂→γ相变,且α₂层片的分解、转化、消失的趋势较弱。相对于高合金含量的TiAl合金,该合金的枝晶偏聚不严重,α₂层片不平衡分布的趋势较小。除极个别α₂→β外,没有发生融合型α₂+γ→β相变。热暴露10000 h后,α₂层片厚度约为热暴露前的一半,体积分数下降约为四分之一,相应的“释氧脆化”和“B2+ω共生脆化”的影响较弱,使得合金的拉伸强度变化不大,塑形降低不严重,热暴露后的S-N疲劳强度反而增加了30%。疲劳强度的热暴露增强现象是因为热暴露导致的应力弛豫效应所致。长期的热浴浸泡导致样品表层的应力值降低,次表层的缺陷和微裂纹钝化,内部铸态α₂-γ层片间的应力集中降低,这些均有利于提高合金抵抗疲劳微裂纹萌生的抗力。     

长期热暴露对不同表面状态的Ti-44Al-5Nb-1W-1B合金疲劳性能的影响

通过喷丸和电解抛光的方法处理Ti-44Al-5Nb-1W-1B(摩尔分数,%)合金,研究其在长期热暴露(10000 h,700℃)前后疲劳性能的变化。结果表明:在热暴露前,电解抛光处理比喷丸处理更能改善该合金的疲劳性能。经过长期热暴露后,两种表面处理样品的疲劳性能均出现不同程度的衰减,但电解抛光处理相对于喷丸处理能够更好地保持合金的疲劳性能。长期热暴露会导致合金表面发生氧化,合金内部发生"释氧脆化"和"B2+ω有序相生成脆化",这3种变化均对合金的疲劳性能产生不利影响。表面氧化使得喷丸工艺所引入的表层残余压应力在长期热暴露时明显降低,这导致疲劳性能大幅度衰减。相对而言,电解抛光工艺使合金获得光滑平整无缺陷的表面,无明显应力集中,因此合金有较高的抵抗热暴露性能衰退的能力。     

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.     

后处理对激光沉积制造γ-TiAl合金组织与性能的影响

通过固溶、热等静压+固溶处理对激光沉积制造(LDM)Ti4822合金进行组织结构调整和相比例控制,分析不同激光沉积制造后处理工艺对合金组织和性能的影响。结果表明,经固溶、热等静压+固溶处理两种处理后γ-TiAl合金组织均含有γ、α_2及微量B2相;1260℃热处理后γ-TiAl合金形成典型的双态组织;1330℃热处理后γ-TiAl合金形成近片层组织;1350℃热处理后γ-TiAl合金形成全片层组织;热等静压导致组织内的层片尺寸略有增大。随热处理温度的升高γ-TiAl合金显微硬度逐渐减小,在相同热处理温度下,经热等静压处理后的样品显微硬度提高约5%,热等静压导致合金组织致密度提升的强化效果要高于片层组织粗化引起的弱化效果。     

镍基高温合金表面Al2O3活性扩散阻挡层的研究

采用EB-PVD在DD5镍基高温合金与Ni Cr Al涂层之间沉积Zr O2作为先驱层,并对试样分别进行600℃/4 h,700℃/4 h及900℃/4 h真空扩散处理,研究了扩散温度对α-Al2O3活性扩散阻挡层形成的影响,并且通过900℃/100 h恒温氧化处理对活性扩散阻挡层的高温服役性能进行了评价。结果表明:经过900℃/4 h真空扩散处理后,在Zr O2/Ni Cr Al界面形成一层连续致密的α-Al2O3扩散阻挡层,并且经过900℃/100 h大气恒温氧化后,α-Al2O3活性扩散阻挡层表现出良好的稳定性,以及优异的阻扩散能力。     

Ti-Al合金抗氧化性能的影响因素初探

研究了氧化条件、显微组织和成分对Ti-Al合金抗氧化性能的影响。结果发现,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在700℃和800℃下具有较好的抗氧化性能,氧化形成的氧化膜为4层结构。在800℃下恒温氧化100h后,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的氧化增重从低到高依次为双态组织、近片层组织和片层组织。在800℃下恒温氧化100h后,3种成分的Ti-Al合金的氧化增重从高到低依次为Ti-48Al-2Cr-2Nb、Ti-46.5Al-2.5V-1C和Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y。具有双态组织的Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y合金在800℃下恒温氧化100h后增重4.8g/m~2。     

电子束增材制造的TC4钛合金热处理后的显微组织和力学性能

采用电子束增材制造技术制备了 TC4钛合金试棒,对试棒进行了 700～1 000℃的退火、900～960℃的固溶处理和550℃时效处理,检测了热处理后合金的显微组织和力学性能。结果表明:随着退火温度的升高,合金晶粒内α相的取向差增大,β相含量增加,针状α相数量减少,α相发生粗化;1 000℃退火的合金α相板条呈等轴状,组织明显粗大;随着固溶温度的升高,合金组织中针状次生α相数量增多,组织粗化;960℃固溶处理的合金组织为全片层状的次生α相;随着退火温度的升高,合金的抗拉强度和塑性均下降;随着固溶温度的升高,合金的抗拉强度增加而塑性降低,960℃固溶处理的合金抗拉强度最高,达1 167.2 MPa,断后伸长率为6%;经900℃×1 h固溶处理、水冷随后550℃×4 h时效处理的合金力学性能最好,抗拉强度为1 075.7 MPa,断后伸长率为10%。