铸造γ7-TiAl合金组织的尺寸效应

研究了铸造γ-TiAl合金组织的尺寸效应。结果表明,柱状晶宽度与铸造γ-TiAl合金板状试样厚度成线性关系,在3、4、5mm厚试样中的柱状晶宽度平均值分别为320、436、543μm;层片间距随铸造γ-TiAl合金板状试样厚度的增加而增加,层片组织的层片间距平均值分别为1353、1494、1540nm。同时,铸造γ-TiAl合金的显微硬度随板状试样厚度的增加而减小。试样尺寸的变化改变了凝固过程中的温度梯度,从而影响了试样的组织和显微硬度。     

全片层γ-TiAl合金显微组织对断裂行为的影响

通过SEM原位拉伸研究了全片层Ti-46．5Al-2．0Cr-1．5Nb-1.0V合金的显微组织与断裂行为的关系。通过热处理手段获得可区分晶粒尺度和片层厚度的全片层组织。研究表明，随着晶粒尺度的增大，裂纹扩展路径由平直变得曲折，断裂方式由沿片层界面和沿晶断裂变为穿片层断裂。随着片层厚度的减小，韧带的刚性增强，塑性变形减小，增韧效果得到改善。在全片层组织中，微裂纹在α2/γ片层界面形核。     

定向凝固Ti-50Al合金组织演化及其片层取向控制

对Ti-50Al(原子分数,%)合金在较宽的生长速率范围内进行定向凝固实验,研究了生长速率对固/液界面形态、微观组织演化及片层结构形成的影响.发现合金在1-5μm/s的速率范围内均以α胞晶单相生长,最终形成全片层结构;当生长速率达到10μm/s时,在初始凝固的较长距离内为α胞品单相生长,随着凝固的进行,胞晶间溶质逐渐富集,晶间出现从液相析出的γ相,最终不能形成全片层结构;当生长速率大干15μm/s时,合金以α枝晶生长,枝晶间也出现γ相.对各生长速率下形成的片层结构取向的分析表明,片层结构取向与定向凝固启动界面处铸态品粒的取向的历史有关.根据上述规律,以Ti-50Al合金为籽晶和主体合金,选择确保α单相凝吲的生长速率8 μm/s,进行片层取向控制,最终扶得取向与生长方向一致的全片层结构.     

真空自耗电弧熔炼γ-TiAl合金铸锭凝固组织模拟

采用CAFE模型对真空自耗电弧熔炼γ-TiA1合金铸锭凝固组织进行了数值模拟,在CAFE模型中分别采用高斯分布连续形核模型和扩展KGT模型描述晶粒形核和枝晶尖端生长速率.研究了熔炼速率、界面传热系数和形核参数对铸锭凝固组织的影响.结果表明,增大熔炼速率或者增大最大形核密度,均有利于促进等轴晶形成,抑制柱状晶晶粒长大;增大平均形核过冷度或者增大界面传热系数,均有利于促进柱状晶的形成和晶粒长大;标准方差过冷度对铸锭凝固组织几乎没有影响.     

晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削的影响研究

为了研究晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削过程的影响,采用分子动力学数值方法对不同切削晶向下的切削力、切削温度、材料去除及晶格结构变化进行分析和探讨,揭示不同的晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削质量作用机制.结果表明:在纳米切削过程中,随着晶面和晶向的变化,切削力、切削温度、材料去除和晶格结构都会有不同程度的变...     

γ-TiAl合金表面辉光等离子Ni-Cr共渗层的组织与性能

采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl合金表面进行Ni-Cr共渗处理,形成均匀致密的Ni-Cr合金层,通过SEM、EDS、XRD等对其渗层显微组织、化学成分和相结构进行分析,并测试了合金层的显微硬度及耐磨性。结果表明,合金层有效渗层厚度为25μm,主要由Cr2 Ti、AlTi、Cr、NiTi2、Cr1.75 Ni0.25 Ti等相组成;合金层中合金元素Cr和Ni由表及里呈梯度分布,合金层与基体结合牢固;合金层的显微硬度、动态硬度及摩擦磨损性能显著高于基体。     

热挤压γ-TiAl基合金的组织演变

研究γ-TiAl基合金在温度低于α相转变温度(tα-10)时挤压过程中的组织演变.结果表明:在初始变形阶段,片层发生扭折,随着应变量和应变速率的增大,扭折处发生动态再结晶,形成细小的晶粒;而残余片层随着应变量的增大,其垂直流线方向横断面的尺寸逐渐减小,体积分数也逐渐减少,但其沿流线方向尺寸没有明显减小,残余片层界面方向随着受力状态的变化而变化,其法向平行于主应力方向;经过挤压加工的试样,其边缘片层接近完全破碎,而中心残余片层尺寸较大;挤压坯料与模具的摩擦作用与热传导严重影响了全片层晶粒的破碎细化,温度场以及变形的不均匀是造成材料不同部位微观组织差异的重要因素.     

晶界对全片层组织γ—TiAl合金断裂韧性的影响

为了深入研究晶界对全片层组织TiAl基合金断裂韧性的影响，采用SEM原位拉伸实验，对全片层和近全片层Ti-46．5Al-2．OCr-1．5Nb-1．0V合金中裂纹的扩展进行了观测。发现晶界对全片层组织TiAl合金断裂韧性的影响表现在改变裂纹扩展方向以及影响韧带的尺寸上。并得出结论：全片层组织γ-TiAl合金的断裂韧性来源于基体的断裂韧性、片层晶界导致的韧性增强以及片层导致的韧带增韧。     

新型γ-TiAl合金的γ/α2层片形成机理

讨论了经过不同冷却速率、加热温度和保温时间对新型TiAl合金的γ/α2层片组织的影响。结果表明:热处理时间增加,层片晶团的晶粒有长大趋势,片层组织中出现层错,位错等缺陷;在不同冷却方式中,油冷组织中出现了块状γ,炉冷组织具有密集的层片。热处理温度在Tα相变点以上20℃内,片层晶团的晶粒最小,这是由合金中的弱β稳定元素Ta造成的。     

热冲击对γ-TiAl基合金显微组织的影响

研究了利用红外辐照快速加热(热冲击)与时效处理对γ-TiAl基合金显微组织的影响.结果表明,热冲击可将片层团平均尺寸为300 μm、片层间距为1.3 μm的粗大铸态近全片层组织处理成为片层团界面平直、片层间距为140 nm的亚稳态组织.经过1260 ℃,6 h时效处理后,形成片层团平均尺寸为40 μm,锯齿状片层团界面的稳态全片层组织.     

铸造γ-TiAl合金组织的尺寸效应

研究了铸造γ-TiAl合金组织的尺寸效应.结果表明,柱状晶宽度与铸造γ-TiAl合金板状试样厚度成线性关系, 在3、4、5 mm厚试样中的柱状晶宽度平均值分别为320、436、543 μm;层片间距随铸造γ-TiAl合金板状试样厚度的增加而增加,层片组织的层片间距平均值分别为1 353、1 494、1 540 nm.同时,铸造γ-TiAl合金的显微硬度随板状试样厚度的增加而减小.试样尺寸的变化改变了凝固过程中的温度梯度,从而影响了试样的组织和显微硬度.     

激光熔化沉积制造γ-TiAl合金的组织与性能

通过激光熔化沉积制造技术成功制备了X×Y×Z（40 mm×5 mm×60 mm）的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金沉积样品。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和背散射衍射（EBSD）分析了沉积样品的显微组织、相组成、晶粒取向及断口形貌;利用维氏硬度计测量了沉积样品不同位置上的硬度分布;利用拉伸机测量了沉积样品在Z向的拉伸性能。 结果表明,在最佳工艺参数条件下获得了成形良好的沉积样品,经过渗透检测后发现表面无裂纹。沉积样品的显微组织由γ+α2组成的层片状晶团及少量块状γ-TiAl相组成。在沉积状态下,沿试样Z方向的室温拉伸强度为425MPa,延伸率为3.3%。拉伸试样的断口形貌为准解理断口。     

γ-TiAl合金在高温熔盐环境下的腐蚀机理

在800℃、75%Na2SO4和25%NaCl的熔融盐环境中,对名义成分为Ti-48Al-2Cr-2Nb的γ-TiAl合金进行高温腐蚀实验。通过氧化动力学分析、扫描电镜观察及X射线衍射分析,研究全片层γ-TiAl合金的氧化腐蚀行为,以及高温腐蚀性环境对合金内部微观组织的选择性腐蚀机理。结果表明:在高温熔融盐腐蚀环境下,γ-TiAl合金主要形成由TiO2和Al2O3组成的氧化膜层,且高温熔融盐环境对合金内部微观组织存在明显的选择性腐蚀,即腐蚀路径沿α2与γ两相界面进入合金内部,并优先腐蚀α2相片层及γ相片层中的某些亚结构。合金片层组织中α2相与γ相间的抗氧化性能差异,以及熔融盐腐蚀性环境参与氧化中间反应并加速合金氧化过程是发生选择性腐蚀的主要原因。     

γ-TiAl合金的空蚀行为

利用超声振动空蚀试验设备研究了具有单相γ-TiAl组织的Ti-50Al合金的空蚀行为，借助于SEM分析了其空蚀表面，并用洛氏硬度仪模拟空蚀过程中微射流所产生的局部载荷对Ti-50Al合金的作用，测量了其在加载过程中的变形能。结果表明：Ti-50Al合金具有优异的抗空蚀性能，空蚀26h后的累积体积损失量仅为0．926mm^3。该合金优异的抗空蚀性能归因于其在局部载荷作用下有较高的变形能和加工硬化能力。Ti-50Al合金的空蚀是由于晶界阻碍变形,造成应力集中，使裂纹沿晶界形成，导致材料沿晶剥落。     

γ-TiAl合金铣削加工表面粗糙度研究

γ-TiAl合金因具有良好的高温物理和力学性能而广泛应用于航空航天、汽车等领域。通过γ-TiAl合金铣削加工正交试验,分析了切削参数对加工表面粗糙度的影响规律。研究表明:γ-TiAl合金铣削加工表面粗糙度的重要影响因素为背吃刀量和每齿进给量,其次是切削速度;切削速度、背吃刀量、每齿进给量之间的两两交互作用对表面粗糙度的影响不显著;表面粗糙度随着背吃刀量和每齿进给量的增加而增大,随着切削速度的增加先增大后减小。利用偏最小二乘回归法建立了基于切削参数的表面粗糙度的数学预测模型,通过模型的相关性分析以及F检验,验证了该模型具有较好的精度,能够满足表面粗糙度的一般性预测要求。在此次试验条件下获得最小表面粗糙度的切削参数为切削速度v_c=40 m/min、每齿进给量f_z=0.005 mm/z和背吃刀量a_p=0.05 mm。     

γ-TiAl合金自身及其与高温合金的钎焊技术研究进展与趋势

γ-Ti Al合金是航空航天领域极具应用前景的轻质高强、耐高温结构材料,实现γ-Ti Al合金自身及其与高温合金的高质量钎焊连接,对于促进其工程化应用具有重要意义。分别从钎料的润湿性以及钎料种类(Ti基、Ag基、Al基)、工艺参数对接头组织性能的影响等方面,综述了国内外的研究进展。存在的主要问题是缺少γ-Ti Al合金专用的高温钎料、界面反应的控制机制以及接头综合性能的评价标准等。今后针对γ-Ti Al合金的钎焊连接,应包括以下5个重点研究方向:高温钎料成分设计;接头组织和性能的推演、预测方法;连接界面冶金行为的深入研究;连接界面组织调控机制;接头综合性能的考核与评价标准。     

不同表面加工状态对高强度γ-TiAl合金疲劳性能的影响

研究了近层片组织γ-TiAl合金Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B(原子分数,%)在不同表面加工状态下的疲劳性能。研究发现:在该高强度TiAl合金的疲劳过程中,交变疲劳最大应力往往低于其条件屈服应力,最大受力面上不易出现局部区域塑性变形。在这样的情况下,最大受力面的表面质量变得极为关键。直接线切割的样品其条件疲劳强度呈现较大的不确定性。试样经表面磨削后喷丸处理引入约250μm的表面压应力层,疲劳强度提高1/3左右。磨削后经电解抛光处理的试样,表面光滑平整无缺陷,其条件疲劳强度相对于直接线切割试样提高了约70%。带有V型缺口(kt=3.0)的试样,相比于其他平面样品,其疲劳寿命显著降低,且无"缺口强化"现象出现,表现出较强的缺口敏感性。同时发现,在低于条件屈服应力下疲劳裂纹萌生均属于材料屈服前的早期裂纹萌生,合金中弱的组织和相成为其萌生的优先选择:这包括等轴γ晶粒聚集区域,偏聚在晶界位置的B2(ω)晶块以及处于软位向的α2/γ片层界面。     

近γ-TiAl合金的工业规模等温锻造

由金属间化合物α2 (Ti3 Al)和γ(TiAl)组成的TiAl合金在航空、航天、汽车和其它一些应用领域都显示出了很大的发展潜力。也许正是由于这种原因 ,德国GKSS研究中心开发了等温锻造加工近γ -TiAl合金零件的技术 ,其进展情况是值得关注的。在这项研究工作中 ,使用了成分为Ti-4 4 8%Al -1 0 %Cr -1 1%Mn -1 4 %Nb -0 2 %Si -0 5 %B (原子分数 )及含0 0 18%N -0 0 46 %O -0 0 0 11%H (质量分数 )杂质的合金 ;据称 ,这种合金是由美国豪梅特公司提供的 ,它经过 3次真空电弧重熔而做成2 90mm× 70 0mm的铸锭。为了致密化 ,锭料在 …     

钨添加对含锰β凝固γ-TiAl合金热加工性影响

为揭示微量W添加对含锰β凝固γ-TiAl合金热加工性的影响规律,采用真空感应熔炼炉（VIM）制备了Ti-42Al-5Mn-0.8W合金(原子分数),借助热模拟试验机研究了合金在变形温度1100～1250℃、应变速率0.001～10s-1,变形程度为70%条件下的热变形行为。结果表明,合金合适的热加工区间为1150～1250℃/0.001～10s-1和1100～1145℃/0.001～1s-1。添加0.8%W可明显降低Ti-42Al-5Mn合金的峰值流变应力（σp）和稳态流变应力（σ0.7）,且稳态流变应力降低幅度更加显著。0.8%W改善Ti-42Al-5Mn合金热加工性的主要原因一方面是由于W含量相对较少,在具有极强电磁搅拌作用的真空感应熔炼方式下,W元素的偏析程度并不明显;另一方面得益于W比Mn更强的β稳定作用,它的添加拓宽了合金高温β单相区,从而使合金具有更宽的可热变形窗口。     

铸造γ-TiAl合金表面状态的研究

针对成分为Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr的铸造γ-TiAl合金,分别研究了该合金经车削、粗磨和精磨后的表面粗糙度、表面残余应力以及表面加工硬化。试验表明,经机加工后合金表面均产生残余压应力,随表面粗糙度数值的降低,表面轴向残余压应力增大,而径向残余压应力则变化不大。在用水砂纸磨削过程中,切削微刃占主导地位,可以把车削产生的硬化层去掉,故随表面粗糙度数值的降低,表面加工硬化程度逐渐降低。