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。     

激光熔化沉积制造γ-TiAl合金的组织与性能（英文）

通过激光熔化沉积制造技术制备了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)和电子背散射衍射(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α_2+γ层片状晶团及少量块状γ-Ti Al相组成。在沉积状态下,沿试样Z方向的室温抗拉强度为425MPa,延伸率为3.3%。拉伸试样的断口形貌为准解理断口。     

退火对激光熔化沉积制备γ-TiAl合金显微组织和力学性能的影响（英文）

研究激光熔化沉积制备γ-TiAl合金沉积态和不同温度退火态样品的显微组织演变和力学性能。结果表明,沉积态试样的显微组织由细小α₂(Ti₃Al)+γ片层构成。随着退火温度的升高,块状γ_m(TiAl)相逐渐由单-γ相→γ相+针状α₂相→γ相+片层状α₂+γ方向转变。与沉积态γ-TiAl合金的力学性能(抗拉强度469 MPa、伸长率1.1%)相比,经1260℃、30 min、FC退火处理后,试样的室温抗拉强度为543.4 MPa,伸长率为3.7%,其力学性能得到显著提高。     

等温变形对γ-TiAl合金微观组织的影响

通过等温压缩特性及微观组织演变研究，提出了有效的γ-TiAl基合金晶粒细化方法。研究发现，如果γ-TiAl合金锭具有一定的细晶组织便可以在(α2 γ)2相区完成等温变形而不产生裂纹。动态再结晶和静态球化数量的增加是提高γ-TiAl合金变形能力的主要原因。将等温变形的模拟锻件在不同相区进行热处理获得了具有细小尺寸的3种(全片层、近片层和双态)组织。     

热处理工艺对激光熔化沉积制造JBK-75合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积技术制备JBK-75合金,选取750℃直接时效和1180℃高温固溶+750℃时效两种不同热处理工艺路线,分析了其沉积态的显微结构,对比两种不同热处理态的组织和力学性能。结果表明,沉积态JBK-75合金组织表现为各向异性,存在柱状晶、胞状组织和Ti元素偏聚。直接时效处理JBK-75合金打印组织未发生溶解,打印组织对强化相(γ′相)的析出行为几乎没有影响,但是Ti元素的偏聚促进了晶界有害相(η相)的生成。高温固溶+时效处理JBK-75合金打印组织消失,获得细小均匀的γ晶粒且在晶界未发现η相。高温固溶+时效处理激光熔化沉积JBK-75合金表现出最佳的强塑性配比,抗拉强度为1055 MPa、屈服强度为679 MPa、断后伸长率为29%,达到锻件JBK-75合金热处理态力学性能水平。     

Nb对选区激光熔化γ-TiAl基合金组织与性能的影响（英文）

采用选区激光熔化技术,在TC4合金基体上制备不同Nb含量的γ-TiAl基Ti-Al-Mn-Nb合金。系统分析Nb含量对合金显微组织和性能的影响规律。研究结果表明,合金主是由四方结构的γ-TiAl和密排六方结构的α_2-Ti_3Al相组成,且随着Nb含量的增加,合金的凝固组织逐渐由枝晶状结构演化为层片状结构。因高含量Nb在γ-TiAl相中的固溶,以及细小板条状结构的形成,致使Nb含量为7.0 at.%的合金具有最佳的综合性能,即其不仅具有高的硬度(HV2000)、高的强度(1390MPa)和良好的塑性变形能力(24.5%),而且具有良好的摩擦磨损和高温抗氧化性能。     

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.     

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。     

γ-TiAl合金表面辉光等离子渗Cr层的组织与性能

利用双层辉光等离子表面渗金属技术(DGPSAT)在γ-Tial合金表面进行等离子渗Cr处理,采用OM、SEM、EDS和XRD分析了渗Cr合金层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了其显微硬度分布和耐磨性.结果表明,γ-TiAl合金经双层辉光等离子渗Cr处理后,其表面形成以Al8Cr5、TiAl、Ti3Al、Cr等相组成的合金层,有效厚度约为35μm,渗层与基体结合牢固;渗Cr层组织成分及其横截面显微硬度由表及里均呈梯度分布;其摩擦磨损性能亦得到提高.     

挤压温度对γ-TiAl基合金组织与性能均匀性的影响

研究了挤压温度对TiAl合金变形组织与性能均匀性的影响。结果表明,TiAl合金挤压件芯部与边缘组织差异明显,芯部为粗大的近片层组织,边缘为细小的等轴近γ组织,这与变形温度和变形量分布不均匀有关。随着挤压温度升高,芯部残余片层晶粒减少,而再结晶片层晶粒增多。变形组织中等轴γ晶粒体积分数越多,片层晶粒尺寸越小,最终热处理态合金晶粒尺寸越小,室温伸长率越高。1280℃挤压棒材热处理组织较均匀,芯部与边缘室温伸长率差别较小。     

激光功率对激光沉积Al-40%Si合金组织和性能的影响

采用激光沉积法制备了Al-40%Si合金。利用光学显微镜以及Image J金相分析软件,对过共晶Al-Si合金的组织进行了观察。采用维氏显微硬度计测量了合金的显微硬度,研究了激光功率对Al-40%Si合金组织和性能的影响。结果表明:相比铸造Al-Si合金,激光沉积Al-Si合金的初晶硅尺寸和形状得到了明显改善,粗大的长条块状初晶Si转变为细小颗粒状并均匀分布在基体α-Al中。随着激光功率的增大,初晶Si尺寸先减小后增大,显微硬度具有最大值,当激光功率为1000 W时,初晶Si尺寸最小,约为5μm,显微硬度达到最高值168.21 HV。     

微细晶γ-TiAl合金的显微组织分析

采用粉末高能球磨及放电等离子烧结方法获得TiH2-47Al-0．2Si-5Nb和TiH2-47Al-0．2Si-7Nb两种微细晶合金。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜及透射电子显微镜对两种合金的球磨粉末颗粒及烧结组织形貌、晶粒大小、微观应力等进行分析。结果表明,经24 h高能球磨的两种粉末颗粒均达到纳米尺度,晶粒微变应变值分别为1．296％和1．536％。球磨粉末经1000℃放电等离子烧结后的显微组织由等轴状的TiAl相及弥散分布的颗粒状Ti3 Al相组成,晶粒尺寸大部分低于500 nm,在晶界及晶内分布着大量的位错线及位错网。     

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。     

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。     

等离子表面渗Nb对γ-TiAl合金扩散焊接性能的影响

采用双辉等离子表面渗金属技术在名义成分为Ti-45Al-8.5Nb (W, B, Y) 的γ-TiAl合金表面制备了Nb涂层。使用SEM、EDS、XRD等手段研究了不同渗Nb温度、焊接温度对γ-TiAl合金扩散焊接接头微观组织及性能的影响。结果表明,在800～950 ℃的渗Nb温度范围内均可以在γ-TiAl合金表面形成致密的Nb涂层,随着渗Nb温度的升高,Nb涂层晶粒尺寸和表面粗糙度均不断增大。典型的接头组织从基体向焊缝中心可分为4层:I层(Nb涂层与基体间扩散层)、II层(含有少量AlNb₂的Ti-Nb互溶层)、III层(富Ti-TiNi层)、IV层(近等原子比TiNi层)。接头的剪切强度随渗Nb温度和焊接温度的升高均呈先增大后减小的趋势。渗Nb温度为850 ℃,焊接温度为900 ℃时获得的接头剪切强度最高,达到82.0 MPa。     

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。     

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。     

γ-TiAl合金的研究与开发

γ TiAl及其合金的科学研究追溯于 2 0世纪 5 0年代中期 ,一些相关的技术开发工作到 2 0世纪 70年代相继涌现。自 1980年以来 ,γ TiAl系列合金相继取得了专利产权 ,合金的成分越来越复杂 ,合金化强度越来越高。Y W kim和D M dimiduk根据此类合金的成分变化及力学性能改善等特征对这些合金做了分类 ,大致分成 3代 ,见表 1。表 1　γ TiAl基合金发展历程合金化元素含量 ( % )举　　例专利号第 1代 1Ti 4 8Al 1V 0 3CUS4 2 94 6 15( 1981年 )第 2代 2～ 4Ti 4 7Al 2Cr 2NbUS50 76 858( 1991年 )第 3代 5～ 8Ti 4 4Al 4Nb 4Zr 0 …     

切削深度对单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

在本文,通过分子动力学模拟方法建立了单晶γ-TiAl合金的纳米切削模型和拉伸模型,其主要分析不同的切削深度对工件拉伸性能的影响。一方面,详细的研究了晶格转变和微观缺陷演化之间的关系;另一方面,系统的探讨了不同的切削深度对应力-应变曲线、位错形核位置和工件断口位置的影响。研究结果表明：在纳米切削阶段,晶格转变的数量会随着切削深度的增加而增多并且与微观缺陷演化具有一致性。在一定的切削深度范围内工件的屈服应力和弹性模量会相应的提高。另外,切削深度对工件的位错形核位置和断口位置有较大影响,经过加工的工件位错形核于工件的亚表面,而未经过加工的位错形核于工件的边界处,工件的断口位置随着切削深度的增加越靠近拉伸端。     

显微组织对脆性γ-TiAl断裂韧性的影响

俄罗斯某研究院研究了显微组织和加荷速度对 Ti- 50 .7% Al合金断裂韧性的影响并开发出测定该合金断裂韧性的新方法。研究表明 ,该合金的塑性与其变形速度有极大的关系 ,只是在相当窄的变形速度范围内该合金具有最高塑性和韧性 ,可使这种合金转化为结构材料。显微组织对脆性γ-TiAl断裂韧性的影响@宁兴龙