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。     

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。     

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。     

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.     

高铌TiAl合金双态组织室温断裂行为研究

通过对高铌TiAl合金双态组织的缺口试样进行原位拉伸、相应的断裂表面SEM观察,研究其拉伸断裂机制和裂纹扩展的动态过程.结果表明,高铌TiAl合金双态组织的断裂模式主要是穿晶解理断裂;合金的断裂过程是主裂纹首先起裂,微裂纹的产生、扩展和连接主裂纹,直至断裂;在裂纹扩展过程中,尖端附近区域范围内的γ相晶粒内易形成微裂纹,为其断裂过程的一个明显特征;对于双态缺口试样,由于晶粒细小,缺口根部出现应力集中,裂纹扩展路径比较平直.     

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。     

循环热处理工艺对于双态复相γ—TiAl基合金室温拉伸性能的影响

采用循环热处理工艺，获得了复相双态γ－TiAl基合金。研究了循环热处理过程中的显微组织演化，测试了室温拉伸性能，对断口进行了分析。结果表明：经过循环热处理，可以获得晶粒尺度在20μm的均匀复相双态组织，室温拉伸塑性可达2.6%；随着循环次数的增加，材料的均匀性和等轴性有较大的改观，室温拉伸塑性、屈服强度和断裂强度也随之增加。     

750℃热暴露对定向层片组织铸造TiAl合金室温拉伸塑性的影响

研究了大气中750℃,48~300 h热暴露对定向层片组织铸造TiAl合金室温拉伸塑性的影响,并采用拉伸中途卸载、染色渗透后再次加载直至断裂的方法,分析因表面脆性层诱发的微裂纹的形成和扩展行为,以揭示定向层片组织在热暴露后保持更好室温拉伸塑性的原因.结果表明,定向层片组织TiAl合金在750℃热暴露150 h后室温塑性仍大于2.0%,300 h热暴露后尚保持1.0%的水平,其热暴露致脆程度远小于双态组织和其它层片组织.在430 MPa应力下,微裂纹起源于脆性贫Al层,并在后续加载过程中扩展进入基体.此裂纹起到尖锐缺口的作用,约束了材料的塑性变形,导致TiAl合金室温拉伸塑性降低.对于定向层片组织,由于层片界面平行于基体表面,有利于抑制微裂纹在后续加载过程中向基体扩展,从而使合金在热暴露后保持较高的室温塑性.     

热处理对挤压方棒TiAl合金组织与拉伸性能的影响

在1300℃(T_α-20℃)采用包套近等温热挤压得到Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B合金方形棒材,研究了方棒各部位形变、后续热处理组织对其拉伸性能的影响。结果表明：挤压比为3:1时,铸造片层组织未能均匀破碎,变形程度沿边缘到芯部减弱,合金组织主要由细小等轴晶粒带、残余片层及粗细不等的γ晶粒构成。900℃热处理后,合金向等轴γ组织转化,但仍保留挤压态形貌,平均室温断后延伸率3.3%,合金室温和高温(800℃)的抗拉强度、延伸率与性能均一性得到最佳匹配;1150~1350℃以上热处理,合金组织向近γ→双态→片层组织转变,室温抗拉强度和断后延伸率均降低。在900℃长时间保温时,残余片层限制了γ晶粒的生长。     

无包套近等温锻造TiAl合金的显微组织和拉伸性能(英文)

以真空自耗电弧熔炼技术熔炼名义成分为Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.4(W,Mo)(摩尔百分数)的TiAl合金铸锭,并以该熔炼铸锭进行无包套的近等温锻造实验,研究该TiAl合金铸锭的高温可锻性、显微组织及拉伸性能。结果表明:在无包套的近等温锻造工艺中,该熔炼铸锭显示出较好的高温可锻性,经涂覆玻璃粉浆保护,铸锭在经过60%锻造变形后其锻饼表面无明显裂纹。TiAl合金的铸造组织由细小、均匀的层片状晶团(α2+γ)和少量存在于片层团界的等轴γ晶粒构成;经近等温锻造后,锻饼组织则主要由平均晶粒尺寸为20μm的等轴γ晶粒和一些破碎的片层组织构成,在一些难变形区域,依然存在弯曲变形的片层组织。室温拉伸性能检测表明,由于晶粒细化效应,锻饼的平均抗拉强度由铸锭的433MPa提高到573MPa。     

铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金的室温力学性能

对具有柱状晶组织的铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金纵向和横向试样进行了室温拉伸、室温压缩和三点弯曲试验,并对拉伸试样断口进行了分析。结果表明:铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金力学性能存在强烈的各向异性。横向试样的拉伸性能和弯曲性能远远优于纵向试样,但压缩屈服强度低。合金的力学性能取决于加载轴与片层界面的角度,而不是柱状晶轴的方向。横向拉伸试样的拉应力与片层界面平行,α2/γ片层相界面对裂纹的阻碍作用对提高拉伸性能起到了重要作用。纵向压缩试样的压应力与片层界面垂直,使片层间的微裂纹闭合不扩展,压缩屈服强度较横向试样高。     

C含量对铸造TiAl合金组织和力学性能的影响

在Ti-47.5Al-3.7(Cr,V,Zr)合金中添加0.05%~0.2%C(原子分数,下同),采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒,通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.05%~0.2%C后,合金仍可获得择优取向层片组织。随C含量增加α2层片体积分数略有增加,层片间距呈细化趋势。当C含量超过0.1%时,在α2和γ层片内和层片界面上有细小的Ti2AlC型碳化物析出,碳化物析出相的尺寸和数量随C含量增加有所增加。添加0.05%~0.2%C后提高了合金室温的抗拉强度和屈服强度,且随C含量增加提升幅度逐渐增大,当C含量为0.2%时,分别将抗拉强度和屈服强度提升了101和123 MPa。添加C元素后显著改善了合金的蠕变性能,当C含量为0.1%时蠕变性能最佳,与不含C的合金相比,其塑性蠕变应变降低了一半、相同应变时的蠕变速率降低了1个数量级以上。添加0.1%C提升合金蠕变抗力的机制主要是通过抑制合金在蠕变初期的位错萌生和增殖过程;在γ层片中形成割阶和位错碎片阻碍位错继续运动,使得合金在蠕变第一阶段的应变硬化程度迅速增加;此外,析出的Ti2AlC型碳化物进一步强化层片界面和基体,与层片间距细化共同提高了穿层片滑移位错的运动阻力。     

增材制造GH3536合金的高温拉伸及疲劳裂纹扩展性能研究

采用选区激光熔化技术制备GH3536合金试样,经热等静压和固溶处理后对合金试样的显微组织、高温拉伸性能和不同应力比下的裂纹扩展性能进行了分析。结果表明,经热等静压和固溶处理后合金试样内部存在2种不同大小的等轴晶粒,在晶间存在连续片状分布的M₂₃C₆和M₆C碳化物。合金试样的拉伸性能随着温度的升高而不断下降,断裂方式由室温下的韧性断裂转变为900℃下的脆性断裂。在不同应力比下,合金试样的裂纹扩展方式主要为穿晶扩展,裂纹扩展速率随着应力比的不断上升而提高,在高应力比下合金内部的疲劳裂纹更倾向于在取向差较小的晶粒内部扩展。     

A356合金原位拉伸裂纹萌生与扩展行为分析

采用扫描电镜原位拉伸观察了电解低钛A356合金铸态下裂纹萌生与扩展特征。结果表明:铸态A356合金裂纹优先萌生于二次枝晶臂间薄弱的共晶体区、大块的共晶硅相处;裂纹的扩展主要是微裂纹易沿着共晶体与基体界面扩展,合金组织中的共晶硅相对裂纹的扩展有一定的阻碍作用,当裂纹与共晶硅颗粒相遇时,扩展方向发生偏离而转向裂纹尖端前沿处有共晶体区开裂、共晶硅相发生断裂、或与基体界面发生分离的更薄弱区。     

TiAl基合金显微组织对高温拉伸力学性能的影响

研究了ＴｉＡｌ基合金不同显微组织试样在９００℃下的拉伸力学性能。试验结果表明，在晶粒尺寸相当的前提下，与双态组织相比，细小层片状组织试样表现出良好的高温综合力学性能。采用光学金相显微镜，ＳＥＭ和ＴＥＭ等检测分析仪器，详细地对试样拉伸前后的显微组织进行了分析研究     

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。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展及裂纹尖端塑性区

研究了TC4-DT钛合金不同组织的疲劳裂纹扩展行为,观察了疲劳裂纹在不同显微组织中的裂纹扩展路径,分析了不同显微组织的裂纹尖端塑性区变形情况,并与理论计算结果进行了对比。结果表明,疲劳裂纹在片层组织中扩展路径曲折,且片层组织的裂纹尖端塑性区较双态组织的大,理论计算的裂纹尖端塑性区的范围较实际测量的范围小得多。