高Nb-TiAl合金中ω相的研究进展

高Nb-TiAl合金具有比传统TiAl合金更优异的力学性能,但铸态、热加工态及服役温度的热暴露组织中含有硬脆的ω相,不利于高Nb-TiAl合金力学性能的提高,限制了高Nb-TiAl合金的工程化应用。综述了高Nb-TiAl合金中ω相的最新研究进展,从ω相的形成机理、组织形态、对力学性能的影响以及ω相消除等方面对高Nb-TiAl合金中的ω相进行讨论。     

高Nb-TiAl合金时效过程中的相变研究

采用热分析(DSC)、扫描电镜(BSEM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度等测试手段,系统地研究了固溶处理后的高Nb-TiAl合金在1000-1300℃时效过程中的相变与组织演变。结果表明：高Nb-TiAl合金固溶处理后,组织偏析未完全消除,并存在α₂不稳定相;在连续升温过程中,在1192~1331 ℃之间,存在α₂→α相变和γ→α相变;在1200 ℃时效,合金显微组织为α₂/γ片层结构, 在1300 ℃时效,显微组织为簇状结构。在1000 ℃与1100 ℃时效,随着时效时间的延长,合金的显微硬度呈现出先下降后上升的趋势,在1200~1300 ℃时效,随着时效时间的延长,合金的显微硬度先上升随后减小。     

定向凝固下Mg-3Zn-Y合金组织和力学性能研究

采用定向凝固工艺,在单一变量下分别对Mg-3Zn-Y合金在不同温度梯度以及不同拉伸速度下显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:随着温度梯度逐渐增大,柱状晶更加粗大、均匀,方向性也更好;随着凝固速度逐渐增大,柱状晶平均宽度逐渐变窄,平均晶粒尺寸逐渐减小,晶粒分布的均匀性逐渐降低,晶粒生长的方向性、连续性也逐渐变差。提高温度梯度、拉伸速度,均能改善合金力学性能。     

高铬铁碳合金定向凝固过程研究

配制了两种成分（共晶、亚共晶）的高铬铁碳合金，使之进行定向凝固。对共晶碳化物和共晶组织结构特点进行了观察分析；在适当的凝固速度，共晶成分合金能从不稳定生长过渡到稳定生长阶段，显微组织发生一系列宏观变化；但凝固速度极小又会诱发固／液界面变异。     

一种定向凝固高温合金的薄壁效应研究

采用定向凝固无余量精铸工艺，制造了接近于空心涡轮叶片的２和壁厚的管状薄壁试样，研究了一种定向凝固高温合金的薄壁性能，结果表明，薄壁试样的持久性能与标准试样相比没有明显的下降，说明在本试验条件下，该合金的薄壁效应不明显，从工艺因素和显微组织方面讨论了试验结果。     

定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的研究

研究了一步和三步两种热处理工艺对DZ125合金组织及性能的影响。结果表明：采用三步热处理工艺可明显改善显著组织。1180℃预处理消除了合金中的低熔点相，有效地抑制了合金的初熔，提高了合金的固溶温度，随着固溶温度的提高，元素枝晶偏析减轻，共晶中的γ′相和初生的粗大γ′相固溶量增加，在随后的冷却和时效过程中析出较多细小γ′相，1100℃高温时效调整了细小γ′相的尺寸和形状，使合金中温，高温持久寿命比一步热处理有不同程度提高。     

定向凝固高温合金DZ125的修复热处理

对实际生产中叶片在真空热处理工序可能出现的问题，如设备故障造成的欠温、保温不足、冷却速度偏低等进行了模拟，研究了修复热处理对DZ125合金组织和性能的影响。结果表明，出现上述情况时，可以对DZ125合金叶片进行修复热处理。     

定向凝固下Mg-4Sm-xCa合金组织和力学性能研究

研究了定向凝固过程中不同Ca质量分数(0％、0.5％和1％)对Mg-4Sm合金组织和力学性能的影响,并采用XRD衍射仪、光学显微镜和万能试验机对其进行分析.研究结果表明:Mg-4Sm合金组织由α-Mg相和Mg41Sm5相组成,添加钙后,组织中新增了高温下不易分解的Mg2Ca相.在定向凝固条件下,随着钙质量分数的增加,组织得到相应程度的细化,但当钙质量分数达到1％时增加了柱状晶的不连续性.钙质量分数越高,这种不连续性越高.随着钙质量分数的增加,力学性能也得到显著的提高.当钙质量分数为1％时抗拉强度达到165 MPa,较铸态合金提高了81.3％.     

FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面(与择优晶向垂直的晶面)上进行激光多层涂覆实验，得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成，枝晶一次间距约为10μm，二次臂退化。由于局部凝固条件的不同，枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态，尺度均小于0．1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明：试样中的γ′相主要为方圆形，且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸，强度指标达到同种材料粉末冶金试件的97．9％，塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明，FGH95合金的断裂机制为塑性断裂。     

高温度梯度下Al-In偏晶合金定向凝固组织的演化规律

应用高温度梯度的方法，研究了在定向凝固条件下温度梯度与凝固速率的比值G／R对Al-17．5％In(质量分数)合金凝固组织的影响．结果表明，偏晶合金的定向凝固与共晶合金定向凝固的生长规律类似．在高温度梯度下，仅在很低的生长速度时才能形成二相有序排列的共生．在偏晶合金定向凝固进入稳态生长以后，在各自的相凝固前沿富集了另一相的溶质，由于两相的层间距不大，长大过程中的横向扩散占主导地位．随着生长速度的增大或温度梯度的降低，Al-17．5％In合金定向凝固组织从纤维结构到周期性或规则排列的串状结构再到弥散分布结构转变．这种转变与固一’液界面形状的转变有密切关系．     

高Nb-TiAl基合金的开坯锻造

(α+γ)两相区锻造能够细化高Nb-TiAl合金铸态组织,锻造出表面光洁平整的饼材。具有双态组织的合金压缩性能比铸态全片层组织压缩性能好。同时,双态组织保持高温强度。     

双态组织高Nb-TiAl合金的缺口敏感性

通过对圆棒状缺口试样和无缺口光滑试样进行单向拉伸试验,研究了双态组织高Nb-TiAl合金的缺口敏感性。研究表明,缺口根半径R≥0.5 mm的U型试样和缺口角度60°、R≥1 mm的V型试样的抗拉强度RmN都大于光滑试样的抗拉强度Rm,缺口敏感度NSR均大于1,合金对缺口不敏感。当缺口类型相同时,缺口敏感性随缺口根半径R的减小而增大;V型缺口敏感性大于U型缺口;对于V型缺口试样,当R=0.5 mm时,其NSR在0.98~1.03之间,RmN在Rm附近波动,易出现缺口敏感。     

大尺寸高铌钛铝合金铸锭的组织

通过金相、扫描电镜、投射电镜、X-射线和能谱等方法对真空自耗 真空自耗凝壳复合熔炼工艺制备的Ti-45%Al-(8～9)%Nb-(W,B,Y)(原子分数)合金大尺寸铸锭的组织进行了分析。结果表明,铸锭组织是由表面细小均匀和大部分存在微观偏析的γ/α2片层团和少量分布于片层团间的γ和β(B2)晶粒组成的近层片组织(NL)。大部分组织含有明显的γ聚集区,片层团的尺寸为75μm,平均片层厚度为700nm。β以不规则形状存在于片层团间或以片状和块状存在于片层团内。另外有大量长达60μm的棒状和针状硼化物。     

铸造高铌TiAl合金的热变形能力研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对高铌TiAl合金进行等温热压缩试验,研究其热压缩变形的流变应力行为.压缩试验的形变温度为900～1250℃,形变速率为5×10-4～1s-1,工程压缩应变为50%和80%.用Zenner-Hollomon参数的指数函数能较好地描述该合金高温变形时的流变应力行为;所获得的峰值应力热变形方程为Op=197.61n{(Z/9.59×1015)0.285+[(Z/9.59×1015)0.570+1]1/2},其变形激活能为(497±49)kJ/mol.本研究还给出了铸造高铌TiAl合金热变形抗力图.     

放电等离子烧结制备高铌TiAl合金

以Ti-45Al-8．5Nb-0．2B-0．2W-0．1Y合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备了高铌TiAl合金。结果表明,当烧结温度高于1000℃时,可制备出致密度高、组织均匀的高铌TiAl合金;烧结温度对合金的显微组织影响显著,通过改变烧结温度可得到具有近γ（NG）、双态（DP）、近片层（NL）、全片层（FL）4种典型组织的高铌TiAl合金：合金的室温力学性能与显微组织密切相关,当烧结温度为1100℃时,所制备合金显微组织为细小双态组织,其抗拉强度为1024MPa,延伸率为1．16％,显示出较好的室温力学性能。     

Nb-Si基高温合金定向凝固制备技术的研究进展

Nb-Si基高温合金是一种具有高熔点、较低的密度以及良好的高温蠕变强度的高温结构材料,定向凝固技术可以有效改善该合金的综合力学性能。针对Nb-Si基高温合金的定向凝固技术主要有晶体提拉法、区域熔化法、整体定向凝固法等,本文综述了近年来国内外Nb-Si基高温合金的定向凝固制备技术的研究进展,并对定向凝固技术的未来发展进行了展望。     

Simulation of Microstructure for Hot Pack-Forging of a High Nb Containing TiAl Alloy

利用Deform-3D软件对高铌TiAl合金包套锻造过程中的微观组织演变进行模拟。为得到模拟所需参数,在1100～1250℃和0.001～0.5 s-1的条件下对合金进行了热压缩试验。在所得试验数据的基础上,利用一种间接方法建立了合金的动态再结晶模型,并利用Avrami形式的方程对再结晶分数进行描述。采用Cingara硬化模型及所建立的再结晶分数模型构建了合金的流变应力本构模型。模拟结果显示,由于锻造过程中摩擦的存在、热量的损失以及简单单向镦粗变形的锻造方式,使得坯料中的微观组织分布不均匀。通过模拟结果与实验结果的比较,证明所建立的有限元模型能够有效地预测高铌TiAl合金在包套锻造过程中的组织演变。     

微量C，B对高铌TiAl合金显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等设备，以及拉伸和蠕变试验系统研究微量间隙元素C，B对高铌TiAl合金显微组织与力学性能的影响。微量B元素对高铌TiAl合金没有明显的强化作用，但是微量B元素在合金中以条状或点状的TiB2存在，TiB2细化了高铌TiAl合金原始片层团晶粒，对改善高铌TiAl合金片层组织的室温塑性有利。加微量C元素的高铌TiAl合金在长时间的蠕变过程中，大量Ti3AlC沉淀相的析出提高了高铌TiAl合金全片层组织蠕变抗力。     

热锻开坯对高铌TiAl合金微观组织的影响

采用热等静压技术处理了高铌TiAl合金铸锭,对直径为115 mm的高铌TiAl合金铸锭在1150～1300℃进行了热锻开坯.结果表明:热等静压处理后的高铌TiAl合金由大量粗大的α2/γ片层晶粒和少量的γ等轴晶、B2相等组成,晶粒度约为80～150μm;通过变形量为75%的2次锻造成形后锻饼表面和内部质量较为完好,没有出现裂纹和太多的氧化现象;铸态粗大片层组织在变形后基本破碎,晶粒得到明显细化.     

Phase Evolution of Diffusion Bonding Interface between High Nb Containing TiAl Alloy and Ni-Cr-W Superalloy

在1000 ℃-50 MPa-60 min条件下对高Nb-TiAl和Ni-Cr-W高温合金进行了扩散连接,通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对扩散连接界面处显微组织及相组成进行了分析。研究结果表明,未添加中间层时,高Nb-TiAl合金/Ni-Cr-W高温合金扩散连接接头处的相组成为γ-TiAl、Ni2AlTi、Ni3Ti、(NiCr)ss 相、γ 相。而高Nb-TiAl合金/Ti/Cu/Ni-Cr-W高温合金扩散连接接头处的相组成为Ti3Al、Tiss、Ti2Ni、rich Cu-NiAlTi、α2-Wss、Ni2AlTi、(NiCr)ss 相、γ相。此外,由于Cr和W的扩散速度较慢,Cr和W原子主要偏聚在靠近Ni-Cr-W高温合金的区域。Ti/Cu箔的加入有利于界面处元素的扩散和反应,可以有效避免微裂纹的产生。