TiAl合金片层形成及其稳定性研究现状

TiAl合金具有低密度和优异的高温性能,是650~850 ℃温度区间内替代镍基高温合金的重要候选材料。具有片层组织的TiAl合金高温综合性能优异,但片层组织形成机理、高温服役条件下片层稳定性仍是关注的重点。综述了近年来片层形成和组织稳定性的研究成果,主要分析片层形成机制和γ变体选择机制,以及片层特征对组织稳定性的影响,并对未来的研究方向进行了展望。     

TiAl合金铸态组织γ／α2层片排列取向设计

根据Ｔｉ－Ａｌ相图，通过金相观察和Ｘ射线取向分析实验研究了ＴｉＡｌ合金铸态组织中γ／α２层片取向与凝固析晶路线及析晶路线与Ｔｉ／Ａｌ比的关系。根据用弹塑性力学方法按四点弯曲载荷－位移曲线计算得出的强度和塑性评价了Ｖ、Ｃｒ合金化的ＴｉＡｌ合金γ／α２层片取向与力学性能的关系，由此设计了有利于满足叶片类部件服役条件对材料力学性能要求的铸态组织γ／α２层片排列取向。     

片层宽度对全片层TiAl合金蠕变性能的影响

通过不同的热处理工艺。得到了具有相近晶粒度不同片层宽度的全片层TiAl合金组织，并在T=800℃，σ=205MPa条件下，测试了其蠕变性能，研究了片层宽度对蠕变性能的影响规律及其机理。研究结果表明，全片层TiAl合金的初始蠕变量和最小蠕变速率随片层宽度的增加而提高。片层界面在蠕变过程中能向基体中发射位错。同时又能阻碍位错的发射和位错的运动。     

TiAl合金及其焊接技术研究进展

对TiAl合金的组织与性能、发展及应用进行了概述,总结了TiAl合金的常见焊接方法及其在焊接过程中存在的主要问题,阐述了TiAl合金对主要焊接方法的适应性及其最新研究进展,对TiAl合金的未来焊接研究发展动向进行了展望。     

定向凝固TiAl合金成分−组织−性能研究进展

TiAl合金由于其低密度和高比强度,在航空材料中展现出良好的应用前景。通过定向凝固控制TiAl合金晶体取向,有助于大幅提升合金高温性能和服役温度,促进TiAl合金在新一代航空发动机上的应用。综述了近年来TiAl合金定向凝固的研究方法和成分?组织?性能关系的研究进展,总结了国内外定向凝固TiAl合金的主要研究单位及研究主题,简要介绍了定向凝固方法与模壳材料的应用情况。从合金成分角度,分析并总结了α、β相稳定元素和其他常见元素对定向凝固组织和性能的作用;从力学性能角度,介绍了定向凝固高Nb?TiAl合金在高温拉伸、蠕变、高周疲劳性能上的优势及相关机理;从定向凝固工艺角度,归纳了生长速率和温度梯度对合金凝固路径、片层取向及宏观、微观偏析的影响。展望了定向凝固TiAl合金的未来发展方向。     

TiAl合金PST晶体变形过程与片层界面的交互作用

利用ＴＥＭ原位应变技术研究了ＰＳＴ晶体变形过程中位错，孪晶与片层界面的交互作用。发现α２／γ界面对孪生和位错滑移的强烈阻碍是ＰＳＴ晶体在硬取向下具有高屈服强度和低塑性的重要原因。     

TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状

TiAl金属间化合物具有低密度、高弹性模量、高比强度、良好的抗高温蠕变和抗高温氧化性能,被认为是极具潜力的高温结构材料,在航空航天及汽车发动机领域具有广阔的应用前景,特别是经定向凝固得到的TiAl合金在综合力学性能方面可得到良好的配合。然而,TiAl合金熔体由于具有高的化学活性,会与所有已知的耐火材料发生不同程度的化学反应,限制了其定向凝固铸件的生产和应用。首先回顾了TiAl合金的熔炼技术,然后对TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状进行了总结,在此基础上提出了一种新型的TiAl合金定向凝固用BaZrO3耐火材料,并展望了其今后的发展。     

脉冲电流参数对内燃机用Ti-44.5Al-3Nb-0.8Si合金凝固组织演变的影响北大核心CSCD

采用脉冲电流方法处理Ti-44.5Al-3Nb-0.8Si合金熔体的凝固过程,并测试不同脉冲电流条件下合金凝固组织性能,对组织结构的变化过程进行了深入分析。实验结果表明:当电流密度与频率都升高后,生成了互相垂直的枝晶结构,以及具有bcc晶体结构的β组织。随着电流密度增加,合金一次枝晶距离发生先降低后升高,最小值发生在电流密度为64 mA/mm^2时;当脉冲电流频率上升后,形成了距离更小的一次枝晶。脉冲电流下合金中形成了许多片层组织。当电流密度升高后,α2/γ相的片层间距发生了先降低后升高;提高脉冲电流频率会引起α2/γ组织的片层间距降低的现象,脉冲电流可以使TiAl合金形成更加细化的片层并提升均匀性。     

有利于铸造TiAl合金增压器涡轮叶片可靠性的组织设计

针对增压器涡轮应用背景,详细分析定向层片组织铸造TiAl合金的室温拉伸塑性、断裂韧度以及高温热暴露后的剩余塑性等反映叶片抗损伤能力的性能,并讨论在叶片中形成这种定向层片组织的工艺可行性,以获得一种有利于增压器涡轮可靠性的组织设计。结果表明:定向层片组织铸造TiAl合金具有优异的室温拉伸塑性和断裂韧度,并且在高温热暴露后仍能保持较高的室温拉伸塑性,这些优异性能均依赖于定向层片取向一致性特征。通过控制凝固冷却条件和Ti/Al原子比,在增压器涡轮叶片中可以获得层片界面近似平行叶片表面的定向层片组织,有利于提高叶片的抗损伤能力,从而改善TiAl合金增压器涡轮的使用可靠性。     

温度对TiAl合金表面Si-Al-Y共渗层组织结构的影响

通过在1000,1050,1100℃和1150℃下Si-Al-Y扩散共渗4h的方法,在TiAl合金表面制备了Y改性Si-Al共渗层,采用SEM,EDS和XRD分析了共渗温度对共渗层组织及相组成的影响。结果表明:不同温度所制备的Si-Al-Y共渗层均具有多层复合结构,共渗层的内层都是由TiAl2和γ-TiAl相组成,互扩散区为富Al的TiAl相,随温度的升高,共渗层外层和中间层的组成相都发生改变。经1000℃/4h共渗的最外层主要为TiAl3相;温度为1050℃时,由外向内依次为TiSi2外层,(Ti,X)5Si4及(Ti,X)5Si3(X表示元素Nb和Cr)中间层;1100℃和1150℃/4h条件下共渗层具有相似的结构,在1100℃/4h条件下其外层由(Ti,X)5Si4,(Ti,X)5Si3相组成;在1150℃/4h条件下其外层由(Ti,X)5Si3相组成。在四种温度条件下,1050℃/4h下制备的共渗层较厚,组织致密,适合用于Si-Al-Y共渗层的制备。     

全层状TiAl基合金断裂中晶界的双重作用

通过SEM原位拉抻技术和双晶体压缩实验研究了全片层TiAI基合金晶界断裂行为。研究表明,在全层状组织的断裂行为中,晶界具有双重作用。一方面,微裂纹首先萌发于晶界区,其扩展方式取决于晶界两侧片层的取向。另一方面,不同类型的晶界对裂纹扩展的阻力不同,因而对全层状TiAI基合金韧性的作用不同,纵向晶界有助于断裂韧性的提高,而横向晶界对合金韧性不利。     

高温TiAl基合金定向凝固的研究现状

高温TiAl基合金在航空航天领域减重和升高使用温度方面是极具发展潜力的高性能结构材料。介绍了高温TiAl基合金定向凝固的研究现状和发展趋势,阐述了提高定向凝固高温TiAl基合金使用性能的几种方法,主要包括:利用高Nb合金化提高合金的使用温度和高温强度,使用冷坩埚定向凝固来避免氧化物陶瓷坩埚带来的合金污染,采用籽晶法/非籽晶法控制定向凝固片层取向以提高力学性能。     

铌和钨对γ-TiAl基合金热稳定性的影响

采用光学显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，X射线衍射研究了TiAl—5Nb，TiAl—14．3Nb，TiAl—8Nb—1W，TiAl—12．3Nb-2W四种合金片层组织在1000℃的热稳定性。结果表明，TiAl—12．3Nb-2W合金热稳定性最好，但合金元素对TiAl基合金热稳定性的影响机理还有待进一步的研究。     

熔模精密铸造TiAl基金属间化合物研究进展

TiA1基金属间化合物作为一种新型轻质高温结构材料,在航空航天和汽车等领域具有广阔的应用前景。熔模精密铸造是当前普遍采用的制备TiAl基金属间化合物的方法。主要介绍了熔模精密铸造TiA1基合金的铸件以及型壳用粘结剂及耐火材料的发展现状,TiA1合金的熔炼技术及最新研究进展,并对TiAl基金属间化合物熔模精密铸造技术的不足进行了分析并提出了展望。     

Electron Structure of γ/α2 Phase Boundaries in TiAl Based Alloys

The valence electron structure of γ/α2 phase boundaries in lamellar colonies in Ti-47Al-2M (M=Nb, Cr, V) (at. Pct) was investigated by empirical electron theory of solid and molecules (EET) and its bond-length-difference (BLD) method     

全层TiAl合金裂纹扩展阻力的研究

本文通过对直缺口两个层团厚度拉伸试样的扫描电镜原位拉伸实验、相应的断裂表面观察以及有限元计算研究了全层铸状TiAl基合金组织的裂纹扩展机理.研究表明:为了扩展主裂纹,外加载荷需要增加.外加载荷的增加一方面归功于试样表面观察到的主裂纹并没有穿透整个试样厚度,另一方面因为应力场由缺口控制,只有随着外加载荷的增加,扩展的裂纹尖端才保持一定的应力.当两个层团的位向使裂纹从沿层扩展过渡到穿层扩展时,裂纹扩展阻力才提高.     

Nb-TiAl 金属间化合物研究现状

论述了Ｎｂ－ＴｉＡｌ系金属间化合物在高温强度及抗氧化性方面已取得的进展。高熔点组元Ｎｂ提高了合金的熔点和有序温度,从而使合金的使用温度达到９００℃以上。该体系合金显示出来的潜力具有代替Ｎｉ基合金的趋势。     

TiAl基合金连接研究述评

本文综述了耐高温轻质结构材料TiAl基合金本身及其与其它材料的连接研究。阐述了熔焊、钎焊、扩散焊、摩擦焊等主要连接方法的现状，并指出了实用化研究方向。     

TiAl基合金双温热处理的研究

研究了双温热处理对ＴｉＡｌ基合金的显微组织和室温拉伸性能的影响。试验结果表明，适当的双温热处理工艺能够减小或消除等温锻ＴｉＡｌ基合金因变形不均匀而遗留下的粗大组织，细化晶粒尺寸，从而提高合金的室温力学性能。