微铣削Ti-48Al-2Cr-2Nb合金实验研究

新型优质γ-TiAl基合金Ti-48Al-2Cr-2Nb具有低密度、高比强度和良好的高温力学性能，在航空航天和精密微小件制造领域拥有广泛的应用前景。为研究该材料的微铣削性能，采用直径0.8 mm的双刃硬质合金微铣刀进行四因素五水平正交试验，研究主轴转速、进给速度、铣削深度和铣刀螺旋角对微铣削加工毛刺和粗糙度的影响。结果表明：主轴转速和铣削深度是影响顶端毛刺的重要因素，铣刀螺旋角对槽底表面粗糙度影响最为显著，其结果为γ-TiAl基合金的微尺度铣削加工提供理论依据。     

冷却速率对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织及性能的影响

TiAl基合金铸造成形过程多采用陶瓷型、金属型,少量涉及石墨型,文中对比石墨型、金属型和陶瓷型成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的凝固组织及力学性能,研究冷却速率对凝固组织及力学性能的影响规律。研究结果表明:采用冷却能力较强的石墨型成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的组织层片间距最小,金属型的次之,而采用陶瓷型成形的组织层片间距最大。通过对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金宏观组织特征的分析,总结一种评价铸型冷却能力的方法。通过对显微组织层片间距的定量统计分析,测量出三种铸型条件下,石墨型和金属型的试样层片间距相近,无明显差别,而陶瓷型的试样层片间距明显高于其他两种。铸型的蓄热系数和热导率是影响Ti Al合金组织和力学性能的主要因素。     

直流电流对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织和性能的影响

将直流电流作用于定向凝固过程中的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,利用OM、XRD、SEM和TEM分析了合金的凝固组织、相组成和片层组织,测试了合金的显微硬度及800℃压缩力学性能。结果表明,电流在一定程度上促进了合金凝固组织的细化及成分的均匀性,减少或消除了片层间偏析。随着电流密度的增大,平均晶粒尺寸和片层厚度呈现先减小后增大的趋势,a2相相对含量先增大而后减小,合金的显微硬度、压缩断裂与屈服强度也呈现先增大后减小的趋势。平均晶粒尺寸最小约0.46 mm,片层间距最小为0.19 mm,分别比未加载电流时降低70%和29%,a2相相对含量从18.5%增至39.4%。片层间距或晶粒尺寸越小,合金的强度越高,变形能力越均匀,塑性也越好。合金的最大显微硬度达542 HV,合金的压缩屈服强度与断裂强度分别达到1200和1365 MPa,与未施加电流时相比均有所提高。加载直流电流引起固-液界面相前沿过冷度减小,可认为是TiAl二元相图中的L→b+L→a+b的包晶反应成分向富Al侧微小偏移,此时初生b相增多,从而造成了TiAl合金室温相组织a2相的相对含量增加。     

高温喷丸对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织和性能的影响

为提高Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的高温性能和疲劳寿命,采用不同种类弹丸及不同喷丸温度对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金进行表面喷丸处理。通过分析喷丸后显微组织和硬度的变化,研究了弹丸种类和喷丸温度对钛铝合金表面性能的影响。结果表明:相同喷丸温度下,合金经陶瓷喷丸处理后,表面较平滑,缺陷少,硬度适中。在陶瓷喷丸条件下,随喷丸温度升高,喷丸强化层塑性变形量增加,喷丸温度为675℃时显微硬度获得最大值500 HV0.2,综合喷丸效果最佳。675℃陶瓷喷丸合金经700~800℃×150 h保温处理后,显微硬度变化不大,即热稳定性满足应用要求。     

熔体处理对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织的影响

在1 480~1 510℃对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金分别进行了0、10、15、20次循环处理,研究了该合金凝固组织的演变规律。结果表明,未处理的合金组织由粗大的片层团组成;随着循环处理次数的增加,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金由粗大的片层团向细小的等轴晶转变,且分布更加均匀。分析表明,在循环处理的快速加热阶段,初生晶粒发生了重熔,破碎的枝晶与"母体"分离,可在后续的冷却阶段作为形核质点。与此同时,由于电磁搅拌作用,溶质场和温度场分布均匀,抑制了成分过冷的产生,从而起到了细化晶粒的效果。     

热处理工艺对电子束选区熔化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织性能的影响

对电子束选区熔化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金热处理后的组织演变和力学性能进行研究。结果表明：随着热处理温度的提高，Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的细小双态组织和等轴γ条带组织逐渐发生粗化，并且向层片组织转变。当热处理工艺为1290℃/4 h、1315℃/1.5 h和1335℃/0.5 h时，合金的主要组织分别为双态组织、近层片组织和全层片组织。其中，等轴γ条带的平均宽度由沉积态的28.5μm分别增大至115.5、291.4、332.5μm。组织粗化使得纵向试样的平均抗拉强度由沉积态的698MPa分别下降至541、461、390MPa，延伸率无明显变化。此外，所有热处理工艺下横向试样的力学性能均优于纵向试样，这是由于粗化的等轴γ条带与基体中双态组织的界面结合强度较弱。随着热处理温度的升高，横向试样与纵向试样抗拉强度的差值逐渐增大，在1335℃/0.5 h时达到最大值102 MPa。     

碳纳米管含量对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织及力学性能的影响

采用真空电弧熔炼炉制备了碳纳米管(CNTs)增强Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,研究不同CNTs添加量对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金微观组织及力学性能的影响.结果 表明:向Ti-48Al-2Cr-2Nb合金中添加CNTs后有Ti2AlC相析出,Ti2AlC相的含量随着CNTs含量的增加而增加.添加0.3 at...     

铸造Ti-47Al-8Cr-2Nb合金的低温超塑性及其组织演变

通过非自耗电弧熔炼及氩气保护浇铸,制备高Cr含量的Ti-47Al-8Cr-2Nb合金。采用金相观察、扫描电镜、透射电镜及高温拉伸测试等实验方法,研究铸态合金在800～1000℃的超塑性变形能力及其变形机制。结果表明,高Cr合金化的铸造Ti-47Al-8Cr-2Nb合金显示出低温超塑性。在850℃的低温及应变速率1×10^-4/s时的最大伸长率为630%,应变速率敏感系数m达到0.51。在800～1000℃的变形激活能为245kJ/mol。合金的低温超塑性变形机制是由晶界扩散控制和β→γ相转变而协调的晶界滑动,β相在变形过程中起到了重要的作用。     

钨对铸态Ti-45Al-8Cr-2Nb合金的高温性能影响

采用高温拉伸测试及显微组织观察,研究了微量钨对铸态Ti-45Al-8Cr-2Nb(原子百分比)合金的高温性能影响。结果表明,在基体合金中添加2%W,能使铸态合金的最大伸长率降低,而最大伸长率相应的温度向高温方向移动;高温变形过程中,晶粒滑动的协调过程由晶界扩散转化为体扩散;含钨的合金在800℃时的伸长率从0.62%提高到90%。     

热等静压处理对铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织和力学性能的影响

采用80 kg真空自耗电极凝壳炉熔炼浇注Ti-48Al-2Cr-2Nb合金试样,研究了920℃/130 MPa/3 h和1 160℃/130 MPa/3 h热等静压工艺对合金组织性能的影响。研究结果表明,采用稍高于共析温度的热等静压温度1 160℃可以很好地消除铸态缩孔、缩松等缺陷,获得均匀细小的近γ组织。热等静压处理后合金的抗拉强度降低,塑性略有提高。     

Ti-48Al-2Cr-2Nb脉冲电解加工参数优化及试验研究

钛铝金属间化合物Ti-48Al-2Cr-2Nb(TiAl 4822)是一种优良的轻质、耐高温材料,已在航空发动机叶片领域获得重要应用。电解加工是国内外加工TiAl 4822材料的主要方法,与机械加工相比具有显著的效率和成本优势。针对TiAl 4822脉冲电解加工开展了参数优化研究,以加工电压、工具进给速度、电解液温度、脉冲占空比和脉冲频率等参数设计了正交试验,以加工工件的表面粗糙度和单位时间内材料蚀除体积速率为评价指标,采用层次分析法进行了分析,通过单因素试验对分析结果进行了验证。     

Ti-46Al-2Cr-2Nb合金定向凝固过程中微观组织分析

采用Bridgman定向凝固系统,对Ti-46Al-2Cr-2Nb合金进行了不同生长速度条件下的定向凝固实验,分析了生长速度对领先相转变的影响,以及领先相转变对多元合金微观组织特征尺度的影响。结果表明:多元合金材料的领先相伴随生长速度的增加由β相转变为α相,其对一次枝晶间距和片层间距的影响较小,而对二次枝晶间距的影响较大。     

经历模拟高温燃烧气氛氧化后的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的拉伸变形研究

研究了在模拟燃烧气氛中的高温氧化对Ti-48Al-2Cr-2Nb（at％）合金的高温拉伸性能的影响以及拉伸变形时氧化层及其影响层的变形特征。研究发现：在1173K模拟燃烧气氛中的高温氧化显著降低了该合金在1073K的总延伸率（J），屈服强度（σ0.2）和最大拉伸强度（UTS）。高温拉伸性能的降低与氧化层及其影响层的生长速率和结构关系密切。高温拉伸时，该合金氧化层及其影响层的破坏主要集中在3．5％到7．1％的应变范围内，其破坏形式主要表现为垂直于载荷方向的裂纹、断裂和剥离。分析认为，在1173K模拟燃烧气氛中的高温氧化对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的高温拉伸性能的影响途径主要有如下3个方面：①氧化层及其影响层的形成引起了邻近基体合金的成分发生改变；②氧化层及其影响层的早期破坏增加了它们与基体界面上的缺陷并促进了裂纹的萌生。③长时间的高温氧化引起了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金内部显微组织发生改变。     

Ti-48Al-2Cr-2Nb金属间化合物激光表面合金化组织与耐磨性

分别采用氮气及预涂 Ti N粉、碳粉、Ti C粉等方法对 Ti- 48Al- 2 Cr- 2 Nb金属间化合物进行激光表面合金化 ,制得了分别以 Ti N,Ti C等硬质耐磨相为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层 ,并分别在干滑动及磨料磨损条件下测试了所获激光表面合金化改性层的耐磨性。结果表明 ,对 Ti- 48Al- 2 Cr- 2 Nb合金进行激光表面合金化改性处理后显微硬度和耐磨性大幅度提高     

β锻造Ti-22Al-25Nb合金的组织转变与拉伸性能

采用SEM等方法观察经β相区温度锻造的Ti-22Al-25Nb合金在β相转变点以下不同热处理过程中的微观组织转变,测试所得组织状态下的合金拉伸性能。对该合金的微观组织转变规律以及与拉伸性能的关系和机理进行分析。结果表明,在固溶处理过程中,组织中原有的α2相颗粒和O相板条因溶解而减少,B2相基体含量相应增大;固溶处理温度升高可加剧各相含量的变化趋势,并在这一过程中伴随着B2相的再结晶且α2相和O相的存在对B2相的再结晶有限制作用;在时效过程中,O相以细小二次板条形式从B2相基体中析出,或在残留的α2相颗粒周边以块状形式生成。该合金经不同固溶＋时效处理后均具有良好的室温及高温拉伸性能;且因固溶温度升高造成细小O相二次板条含量增多而使合金呈强度升高、塑性下降的趋势,其中以1000℃固溶＋800℃时效处理的状态具有强度和塑性的最佳匹配。     

冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的拉伸与高周疲劳性能研究

采用冷坩埚定向凝固技术制备了定向柱状晶的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金铸锭,在改变抽拉速率的情况下,所获得的铸锭具有不同片层间距的全片层组织.通过拉伸性能实验,测得其室温极限抗拉强度最高达到652 MPa,伸长率最大达到1.5%,而高温极限抗拉强度最高达到490 MPa,伸长率最大达到5.0%.通过高周疲劳性能实验,绘制了抽拉速率分别为1.0和1.2 mm/min时定向凝固合金的应力-循环次数(S-N)曲线以及应力比R为0.1时的疲劳极限值.对比断口形貌分析表明,室温时试样拉伸断裂方式为脆性断裂,而经高周疲劳实验后断裂方式为脆性解理断裂;高温时试样拉伸断裂方式则为大部分脆性断裂与少部分延性断裂并存.对高周疲劳试样断口的分析表明,疲劳裂纹在相界面和B2相附近萌生,据此基于塑性钝化理论分析了其裂纹扩展机制,并绘制了高周疲劳裂纹扩展模式图.     

机械用粉末锻造Ti-6Al-4V-1Nb合金的性能研究

采用不同的粉末锻造温度制备了机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金,并进行了力学性能和磨损性能的测试与分析。结果表明:随粉末锻造温度从1250℃增加到1370℃,试样的屈服强度先增大后减小,断后伸长率和磨损体积先减小后增大,试样的耐磨损性能先提高后下降。机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金的粉末锻造温度优选为1310℃。