Nb和A1对γ—Tial基合金高温强度的影响

研究了Ｎｂ对γＴｉＡｌ基合金性能的影响。结果表明,高Ｎｂ合金化能大大提高γ－ＴｉＡｌ基合金的高温强度,合金含Ｎｂ量越高,强度就越高。ＴＥＭ观察表明,Ｎｂ对γ－ＴｉＡｌ性能的影响类似于氧元素。增强ｄ－ｄ键的６方向性,增加普通位错的Ｐ－Ｎ力,提高普通位错开动的临界分切应力和滑移阻力。Ａｌ对γ－Ｔ合金性能的影响是通过影响合金中的ａ２相含量来影响其性能的。随俣金中Ａｌ含量升高,ａ２相含理减少,位错运动非热     

全片层组织TiAl-Nb合金屈服强度的价键理论计算

在TiAl基合金相空间与相界面价电子结构计算的基础上,利用表征相结构单元成键能力的相结构因子F与表征界面结合强度的界面结合因子△ρ给出了一种计算TiAl基合金屈服强度的方法.该方法以实验数据为基础,进行回归分析求α2相体积分数,以理论屈服强度与实际屈服强度之差是否满足一级近似作为合金基体γ相强度σs^γ-TiAl取值的判据,用相结构单元最强键上的共用电子对数nA计算Nb在γ相与α2相中的含量Wγ^Nb和Wα2^Nb.计算了全片层TiAl,TiAl-8Nb,TiAl-10Nb合金的屈服强度,与实测值比较,理论计算结果令人满意.     

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 …     

合金化和热处理对难熔金属硅化物基合金组织和性能影响的研究现状

综述了合金化和热处理对硅化物基合金组织和性能的影响。在铌硅化物基合金中添加Mo，W或Al后，电弧熔炼态组织中的硅化物相为βNb5Si3；添加Cr或者V后，硅化物相为αNb5Si3：加入Ti后，硅化物相是Nb3Si。添加Ti，Hf和B可提高铌硅化物基合金的室温断裂韧性，添加W或Mo后合金的高温强度显著提高，而添加Cr，Al和Ti明显改善其高温抗氧化性能。在MoSi2中加入W，Nb和Ge等合金化元素后分别形成（Mo，W）Si2，（Mo，Nb）Si2或Mo（Si，Ge）2等硅化物，但在钼硅化物基合金中添加B后生成α—Mo，Mo3Si和T2相（MoSiB2），并且T2相所占的体积百分比与B的含量成正比。α-Mo相的含量对合金的断裂韧性和抗氧化性有重要影响。Nb或Mo的硅化物基合金的热处理温度都比较高，经过再结晶退火后合金中的组成相及其所占的体积百分比均发生变化，并且组织粗化，但分布更加均匀，从而对力学性能有显著的影响。     

Y, Nb对快速凝固TiAl合金组织和性能的影响

研究了元素Y和Nb对用熔体快淬法制备的TiAl基快速凝固合金组织及性能的影响。发现添加Y的快速凝固TiAl合金主要为等轴晶,主要组成相为α2和少量的γ相。随着Y含量的增加,γ相的含量增加,快速凝固TiAl合金的组织逐渐细化。不同Nb含量的快速凝固TiAl合金的组织为块状结构和层片状结构,主要由γ和α2两相组成,层片间距显著细化,为15～17nm。快速凝固TiAl合金的硬度比其铸态合金显著提高。     

Ti-47Al-2Mn-2Nb(at%)+0.8TiB_2(vol%)合金中的γ相层错分析

利用透射电镜研究了蠕变变形(650~750℃,250~350 MPa)Ti-47 Al-2Nb-2Mn(at%)+0.8TiB_2(vol%)合金的微观组织及变形机制。结果表明,该合金的微观组织由等轴状γ相和(γ+α_2)区域组成;在层片状γ中,观察到1/2110]普通位错外,还发现了层错。与化学计量比TiAl化合物中的结果不同,该富Ti的TiAl合金中所观察到的{111}层错是由1/6[112]和1/6[121]位错在{111}面的运动产生的。基于对该合金中层错形成机制的认识,本文探讨了合金元素Mn和Nb等对TiAl基合金变形机制的影响。     

TiAl/Ti_2AlNb放电等离子扩散接头的组织性能研究

采用放电等离子扩散连接方法,对TiAl/Ti_2Al Nb合金进行了扩散连接,分析了焊接接头的显微组织和物相组成,并检测了焊接接头的拉伸强度和显微硬度。结果表明,放电等离子扩散焊可实现TiAl合金和Ti_2AlNb合金的无缺陷连接。焊接过程中Ti_2AlNb母材侧发生了O/α_2向B_2相转变,Ti_2AlNb热影响区由部分相变区、过渡区和完全相变区组成,TiAl母材侧显微形貌无明显变化,但有少量的α_2转变为α相;界面处组织由等轴的TiAl晶粒、(α+α_2)相和少Nb的B_2相构成;界面处显微硬度值最高;接头室温拉伸强度可达300 MPa。     

反应烧结制备Ti-45Al-10Nb合金的显微组织（英文）

对球磨后的粉末在1350°C保温2 h进行反应烧结,制备Ti-45Al-10Nb合金。对烧结坯料的显微组织,尤其对相组成,晶粒尺寸及颗粒的分布进行细致研究。结果表明,在此烧结条件下,材料的显微组织主要由Ti2Al C颗粒强化的双相γ+α2组织组成,相对于传统Ti Al基合金,该合金呈现出细小、均匀的显微组织。在细晶区,γ相和α2相的平均晶粒尺寸分别为(2.3±0.05)和(5.6±0.05)μm。此外,合金中存在大量位错,且γ相中的位错密度远高于α2相中的位错密度,对位错形成机理进行分析。     

用正电子湮没技术研究Cr和Nb对TiAl合金中缺陷和d-d电子相互作用的影响

测量Al,Si,Ti,Cr,Nb等纯元素以及Ti50Al50,Ti50l48Cr2,Ti50Al48Nb2合金的符合正电子湮没辐射多普勒展宽谱和寿命谱,获得金属及合金中d电子和缺陷的信息.结果表明,二元TiAl合金的电子密度和3d电子的信号较低,晶界缺陷的开空间较大.在TiAl合金中加入Cr或Nb,合金中的d-d电子作用增强,基体和晶界处的电子密度均增加.Ti50Al48Cr2合金的多普勒展宽谱的d电子信号高于Ti50Al48Nb2合金.讨论了Cr和Nb对TiAl合金中缺陷和d-d电子相互作用的影响.     

Nb、Al含量对GH706合金组织及力学性能的影响

研究了降Nb提Al对GH706合金组织和力学性能的影响。当合金中Al含量由0.35%提高至1.26%(质量分数,下同),Nb含量由2.88%降低至1.98%后,可抑制晶内主要强化相γ″-Ni3Nb相的析出,促进γ′-Ni3Al相的析出,显著降低合金的室温屈服强度,但明显改善了合金的室温冲击性能。同时提Al降Nb还抑制了晶界强化相η-Ni3(Ti,Nb)相的析出,使得富Nb的Laves相及富Nb、Cr的Cr2Nb相析出,弱化了高温下的晶界强度,极大地恶化了合金的持久性能。     

TiAl基金属间化合物的发展

介绍了普通TiAl基金属间化合物的发展过程,特别是北京科技大学开发的高Nb—TiAl金属间化合物的成分-组织-性能-制备关系,Nb对TiAl合金相关系和抗氧化性的影响,Nb的强化机理和工程合金的制备和性能。最后简单总结了TiAl基金属问化合物的发展趋势。     

Effect of Y Addition on Microstructure and Mechanical Properties of TiAl-based Alloys Prepared by SPS

采用双步机械球磨和放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta(at%)和 Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(at%)2 种 TiAl 基合金(简称 TA 合金和 TAY 合金),并研究稀土元素 Y 对 TiAl 基合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过双步机械球磨后的粉末形状比较规则,颗粒尺寸范围在 20~40 μm之间。经过 SPS 烧结的 TiAl 基合金块体主要由 TiAl相和 Ti3Al 相组成,还有少量的 Ti2Al 相和 TiB2相。SPS 烧结的 TA 合金块体试样等轴晶粒的尺寸在 100~400 nm 之间,合金的室温压缩强度为 2614 MPa,压缩率为 20.57%;而对于加入了稀土元素 Y 的 TAY 合金而言,等轴晶粒尺寸明显减小,合金的室温压缩强度为 2677 MPa,压缩率为 22.91%,跟 TA 合金相比力学性能有所改善。显微硬度的测试结果表明,SPS 烧结的 TA 合金的显微硬度要明显高于 TAY 合金。通过对压缩断口进行观察发现,SPS 烧结的 2 种 TiAl 基合金均为沿晶断裂。     

Al含量微调对TiAl合金组织及压缩力学性能的影响

研究了Al含量对TiAl合金微观组织及压缩力学性能的影响,并分析其破坏机理。研究发现,Al含量对TiAl合金微观组织影响显著。通过真空自耗电弧冶炼方法制备的Ti-44.1Al(原子分数,%)合金的组织为全层片组织,层片团粗大,呈现柱状晶特征;而Ti-47.3Al合金的组织为双态组织,三维连通的网状γ相将粗大的铸造组织分割成细小的层片团。力学性能研究发现,与Ti-47.3Al合金相比,无论是在准静态还是动态压缩加载条件下,Ti-44.1Al合金都表现出较高的屈服强度,较低的抗压强度以及较差的塑性变形能力。破坏机理分析表明,准静态压缩加载条件下,在Ti-44.1Al合金中,微孔在γ/α_2层片团的α_2相中萌生并聚集形成裂纹;而在Ti-47.3Al合金中,微孔同时在γ/α2层片团中α_2相中以及三维连通的网状γ相中萌生,微孔聚集形成裂纹并扩展;动态压缩加载条件下,在Ti-44.1Al合金中,在γ/α_2层片团中存在大量的α_2相与γ相的相界,由于加载时间短,在相界处易引起位错塞积而导致应力集中,致使微裂纹在相界处迅速萌生并扩展;而在Ti-47.3Al合金中,微裂纹不仅在γ/α_2层片团中α_2相与γ相的相界处萌生,同时也会在三维连通的网状γ相中迅速萌生并扩展,直至材料破坏。     

元素Si对TiAl合金抗氧化性能的影响

研究了元素Si对不同Nb含量TiAl合金抗氧化性能的影响．结果表明，合金中Nb含量越低，Si对合金抗氧化性能的提高作用越明显．主要表现为Si促使二元合金形成连续致密的Al2O3层及使不同Nb含量合金表层氧化物更加均匀细小．因而随Si含量的增加，TiAl合金的氧化增重速率系数降低，氧化速率下降．运用等温氧化增重实验、X射线衍射和扫描电镜等手段对Si的作用进行了分析讨论．     

Al含量对镍基高温合金组织和性能的影响

利用真空感应熔炼炉制备了不同Al含量的镍基合金,研究了Al含量对镍基合金微观组织和力学性能的影响.结果表明,当Al含量为9.5wt％时,合金铸态组织主要由γ'相和γ相组成;当Al含量超过10.5wt％时,合金中出现β(NiAl)相;当Al含量超过13.5wt％时,合金中出现α(Cr)相;当Al含量达到17.5wt％时,合金中的γ'和γ相消失,主要由β(NiAl)相和α(Cr)相组成.随着Al含量的提高,合金的强度和伸长率呈下降趋势,断裂由穿晶向沿晶转变.     

不同Al含量γ′相的反相畴界能及其对GH99镍基合金强度的贡献

GH99镍基合金在室温拉伸变形条件下,被位错切割过渡到被位错绕过的γ'[Ni_3(Al,Ti)]质点的临界直径约为60nm.在同样条件下,该合金γ'强化的方式属于被位错切割机制.增加γ'相中Al含量能提高其反相畴界能和增大合金塑性变形的临界分切应力.GH99镍基合金的室温屈服强度理论计算值与实测值很接近.由γ'沉淀强化所贡献的强度占总强度的45％到64％,它随γ'相中Al含量的增多而增大.晶界碳化物强化所贡献的强度很少,只占2—3％。     

Nb、Mo对TiAl基合金高温氧化行为的协同效应研究

采用冷坩埚悬浮熔炼技术制备Nb、Mo合金化的TiAl基合金,研究合金在大气环境中的高温长时氧化行为。采用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析研究氧化层的相结构、显微组织及与基体合金的界面特征,结合氧化动力学测试研究Nb、Mo对TiAl基合金高温抗氧化行为的协同效应。结果发现,Nb、Mo协同作用较单一元素合金化的TiAl合金具有更为优良的高温抗氧化性,连续致密且与基体良好结合的氧化膜可明显降低合金的氧化速率、减小氧化增重。Nb、Mo掺杂的TiAl基合金氧化层可阻止氧原子向内扩散,Nb、Mo的协同效应有助于改善TiAl基合金的高温抗氧化性。     

ANTIPHASE DOMAIN BOUNDARY ENERGY OF γ′ [Ni_3(Al,Ti)] PARTICLES WITH VARIOUS Al CONTENTS AND THEIR STRENGTHENING CONTRIBUTION TO A Ni-BASE ALLOY GH99

GH99镍基合金在室温拉伸变形条件下,被位错切割过渡到被位错绕过的γ'[Ni_3(Al,Ti)]质点的临界直径约为60nm.在同样条件下,该合金γ'强化的方式属于被位错切割机制.增加γ'相中Al含量能提高其反相畴界能和增大合金塑性变形的临界分切应力.GH99镍基合金的室温屈服强度理论计算值与实测值很接近.由γ'沉淀强化所贡献的强度占总强度的45％到64％,它随γ'相中Al含量的增多而增大.晶界碳化物强化所贡献的强度很少,只占2—3％。     

合金成分对NiTi-Al基合金显微组织的影响

研究了不同Al含量和Ni/(Ti+Al)原子比对NiTi-Al基合金显微组织的影响。结果表明:在Ni_(50)Ti_(50-x)Al_x(x=0,5,7和9)合金体系中,当Al≤7 at%时,合金的微观组织并未发生明显的变化,均由NiTi基体相和分布于晶界处的Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织构成,而在Al含量升高至9 at%时,Ni_2TiAl相则会作为初生相析出。在Ni_(50-y)Ti_(43+y)Al_7(y=-2,-1,0和2)合金体系中,随着Ni元素含量的增加,Ti_2Ni相的体积分数逐渐降低,但当Ni≥51 at%时,Ti_2Ni相的体积分数基本保持一致,同时Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织消失,Ti_2Ni相以短条状或点状形态分布在晶界处。此外,NiTi-Al基合金在经过1200℃×12 h固溶和850℃×10 h时效的热处理之后,会在基体上均析出了大量的Ni_2TiAl相,但随着Ni元素含量的增加,Ni_2TiAl相的组织稳定性显著降低,并且晶界处的Ni_2TiAl相先于晶内的Ni_2TiAl相失去与基体之间的共格关系。综合考虑,Ni_(50)Ti_(43)Al_7合金有着较低的Ti_2Ni相体积分数以及优异的Ni_2TiAl相高温稳定性,是进一步研究NiTi-Al基合金组织与性能的适宜对象。     

Al含量对TiAl合金力学性能的影响

TiAl合金虽然具有很多优良性能,在航空航天和汽车工业广泛运用,但其室温脆性、断裂韧性还有待解决。本文通过改变TiAl中Al的含量,用分子动力学方法研究了Al含量对含有裂纹的单晶TiAl试件性能及裂纹扩展的影响,分析了不同Al含量下的应力-应变曲线,缺陷的演化过程。模拟结果表明：Al含量不同,材料的弹性模量和强度也不同。Al含量低于45at%时,由于层错和位错的产生以及位错反应和运动产生的空位和空位的迁移提高了试件的塑性使得试件表现出良好的塑性,而大于该含量时,试件呈明显的脆性;Al含量较低时,裂纹以塑性变形的方式扩展,Al含量较高时,裂纹以脆性方式断裂。即Al 含量会影响材料的性能;随着Al含量降低,试件的塑性增强,此外,Al含量对裂纹的扩展机制也有很大影响。