梯度功能材料的热应力研究进展

回顾了近年来梯度功能材料（FGM）热应力研究领域所取得的研究成果，并对FGM热应力研究的发展趋势作一展望。

Al_2O_3-Ti系梯度功能材料残余热应力有限元分析

采用有限元方法（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ，ＦＥＭ）对Ａｌ２Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料（ＦＧＭ）在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响，确定了各项最佳参数。

梯度功能材料的热应力研究现状与展望

回顾了近年来梯度功能材料(FGM)热应力研究领域所取得的研完成果,并展望了FGM热应力研究的发展趋势。

TiAl基合金的α→γ相变研究进展

综述了 Ti Al基合金中扩散型α→γL 析出转变和非扩散型α→γm 块状转变的研究新进展 ,着重阐述了α2 /γ片层组织的晶体学特征、形成机理和γm 相的形核。

微量元素B对Ti-48Al合金组织细化的影响

研究了微量元素 B对 Ti- 48Al合金组织细化的作用。结果表明 ,加入微量 B可在合金中生成细长的带状 Ti B2 相 ;B含量达 0 .8at%时 ,可显著细化铸态组织 ;1 1 50℃ /2 4 h/AC处理时 ,除晶界外 ,含 B合金中的 γ相还可以从 Ti B2 /基体界面上形核析出 ,因形核部位的增加 ,细化了近γ组织 ;在α单相区热处理 ,Ti B2 相可非常有效地阻碍α晶粒长大 ,加入 0 .5at% B可使全片层组织平均晶粒直径降低一个数量级。

Ti-48Al合金全片层组织的稳定性

研究了Ti 48Al合金全片层组织在 115 0℃时效时的组织稳定性。结果表明 ,140 0℃ ,1h固溶处理后炉冷获得的粗片层组织的稳定性远远优于空冷获得的细片层组织。细片层组织首先在晶界处发生不连续粗化 ,而后粗化片层组织中的α2 相发生溶解并球化 ,从而转变为近γ组织 ;空冷组织中魏氏片层的存在降低了片层组织的稳定性 ,魏氏片层 /基体界面与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位。Ti 48Al+ 0 .8%B(摩尔分数 )合金的细片层组织因晶界TiB2 相的存在有效抑制了晶界不连续粗化 ,但γ相从TiB2

添加微量硼对TiAl合金持久性能的影响

研究了Ti47.5Al2Cr2Nb合金中添加微量硼对合金760℃,275MPa持久性能的影响。结果表明:在同样的热处理制度下,添加0.2%(摩尔分数)硼能显著提高合金的持久寿命;尤其对于全片组织,其持久寿命由150.0h提高到460.5h,这主要归因于,添加微量元素硼抑制了连续冷却转变过程中魏氏片层束和羽毛状片层束在片层晶粒内的形成,从而提高了全片层组织的热稳定性。

Al_2O_3-Ti系梯度功能材料残余热应力的有限元分析

采用有限元方法（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ）对Ａｌ２Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了线弹性分析。详细讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响，确定了各项最佳参数。非梯度功能材料（ＮＦＧＭ）与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示：梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。

室温变形γ-TiAl基合金中形变孪晶与α_2片的交截机制

利用透射电镜在室温变形的γ-TiAl基合金中研究了一种新的形变孪晶与α2片的交截机制。选区电子衍射和矩阵分析结果表明:γ基体中的形变孪晶切过α2片时,如果形变孪晶的宽度与α2片宽度相当,则α2片可以通过K1=狖3031狚,η1=118〈1016〉的孪生机制来协调形变孪晶产生的切变。由于α2片与γ基体之间存在(0001)α2∥狖111狚γ,〈1120〉α2∥〈011〉γ的晶体位向关系,α2片的118〈1016〉狖3031狚切变矢量等价于形变孪晶的切变矢量16〈112犦狖111狚,因此形变孪晶产生的切变可完整地切过α2片而不需要交截区附近γ基体中其它滑移系或孪晶系开动来辅助协调变形。

TiAl合金中的γ→α析出转变行为

研究了Ti 48Al和Ti 48Al 0.8B合金中的γ→α析出转变,分析了α析出相的生长形态、晶体学特征、生长动力学及α/γ相界面结构。结果显示α相从γ相中析出有两种方式:一种是从γ晶粒内沿{111}γ晶面以片状形貌析出,且α相与γ基体保持共格位向关系;另一种则是在γ晶界上通过不连续析出转变,以不规则的块状形貌析出,并向着晶界一侧与之无位向关系的γ晶粒内生长。添加0.8%(摩尔分数)B能显著降低γ晶粒内片状α析出相的形核率,并抑制α相生长。HREM分析表明:片状α相是在γ相的堆垛层错上形核,并通过"台阶凸起扭折"机制生长;α/γ相界面上复杂层错的存在及台阶形核率低是片状α相沿厚度方向生长缓慢的主要原因。

Al含量和冷速对TiAl合金全片层组织热稳定性的影响

研究A l含量和冷却速率对TiA l合金全片层组织在1150℃的热稳定性的影响。研究表明,A l含量在46 at%~48 at%范围的二元TiA l合金的A l含量越高,γ偏析程度越严重,铸造片层组织的热稳定性越差。Ti-48A l合金α单相区固溶处理后炉冷的粗片层组织的稳定性远远优于空冷的细片层组织,空冷细片层组织容易在晶界处发生不连续粗化转变,并且空冷片层晶粒内的魏氏片层(LW)与基体的界面往往与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位。

γ-TiAl合金全片层组织室温变形协调行为

研究Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B全片层组织室温变形结构中γ/γ片层间变形协调行为。引入多晶体塑性变形的几何协调因子m,并利用矩阵分析方法计算120°旋转有序型、真孪晶型和伪孪晶型γ/γ界面两侧片层中各种滑移系之间的m值,与实验结果比较发现,通过计算m值可以预测不同类型γ/γ界面两侧片层中的有效滑移系,120°旋转有序型γ/γ界面几何协调性最好,1/6<1 12]{111}形变孪晶可以通过1/2<1 10]{111}普通位错协调变形;对于真孪晶型界面,1/6<1 12]{111}形变孪晶可以扩展通过,并仍以1/6<1 12]{111}孪晶变形进行协调。

TiAl合金全片层组织的热稳定性研究

研究了Al含量、冷却速率和添加硼元素对TiAl合金全片层组织在1150℃的热稳定性的影响。研究表明:Al含量在46%～48%(原子分数,下同)范围的二元TiAl合金的Al含量越高,γ偏析程度越严重,铸造片层组织的热稳定性越差;Ti-48Al合金α单相区固溶处理后炉冷的粗片层组织的稳定性远远优于空冷的细片层组织,空冷细片层组织容易在晶界处发生不连续粗化转变,并且空冷片层晶粒内的魏氏片层(Lw)与基体的界面往往与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位;Ti-48Al合金中添加0.8%B因晶界TiB2相的存在能有效抑制细片层组织的晶界不连续粗化,但γ相从TiB2/基体界面和晶界重新形核生长可使片层组织转变为均匀的细晶近γ组织。

Al_2O_3-Ti系梯度功能材料的优化设计

对Al2O3-Ti系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了弹性有限元法（FiniteElementMethed）分析。讨论了梯度层数目、梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响，优化出了各项最佳参数。非梯度功能材料（NFGM）与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示：梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。

基于动态材料模型的材料热加工工艺优化方法

基于动态材料模型理论的加工图技术被广泛用于设计和优化材料热加工工艺中,以实现微观组织和性能的控制。综述动态材料模型的相关理论,介绍基于动态材料模型的稳定变形区和失稳变形区的各种判据及其物理含义,比较和分析各种判据的应用情况及其有效性,对判据在某些情况下预测失败的原因进行分析,指出利用各种判据优化材料热加工工艺时的选用原则。

用于控制材料热加工组织与性能的动态材料模型理论及其应用

动态材料模型及其加工图技术是一种可以用来对材料热加工过程进行优化设计,以实现对材料热加工微观组织和性能进行控制,提高产品质量和可靠性的理论方法。综述动态材料模型及其加工图技术的理论基础及其发展过程,对变形稳定区和失稳区判据的不可逆热力学和耗散结构基本理论以及各种判据的推导过程进行较详细的介绍,从理论角度比较和分析基于动态材料模型理论的各种变形稳定区和失稳区判据的优缺点及其适用范围,指出应用这些判据来实现材料热加工组织性能控制时应注意的一些问题。简要介绍采用动态材料模型理论及其加工图技术来解决实际热加工问题,以达到控制材料组织和性能,确保产品质量,提高生产率的应用情况。

微观组织对TA15钛合金力学性能的影响

比较了两个 (α + β)两相区轧制的TA15钛合金环形件的显微组织和力学性能 ,分析了两个环形件的工艺控制特征及微观组织对力学性能的影响。结果表明 ,两相区轧制的TA15合金环形锻件获得了含有等轴初生α相和β转变组织基体的双态组织 ,等轴初生α相及β转变组织的体积分数和β转变组织中的次生α相的形貌对合金的力学性能有显著影响。等轴初生α相体积分数增加有利于塑性和冲击韧性性能提高 ,但降低了断裂韧性、持久和蠕变性能。β转变组织体积分数减少且次生α相的球化会显著降低合金抗裂纹扩展的能力 ,从而降低了高周疲劳性能。

应用Murty准则优化TC11钛合金高温变形参数

在THERMECMASTOR-Z型热模拟试验机上对原始等轴组织的TC11钛合金进行热压缩实验,采用基于Murty准则的加工图技术研究该合金在990—1080℃、0.001—70_s^(-1)变形参数范围内的微观变形机制和流变失稳现象,并优化该合金的高温变形参数.结果表明,α+β两相区的较佳变形参数为990—1008℃、0.001—0.02s^(-1),以990℃、0.001s^(-1)附近为最佳,其变形机制为超塑性.在β单相区,中等变形程度(ε<0.6)下的较佳参数为1030—1080℃、0.001—0.1s^(-1),以1060—1080℃、0.001s^(-1)附近为最佳,其变形机制为动态再结晶;而大变形程度(ε>0.6)下的较佳参数为1020—1060℃、0.004—0.6s^(-1),以1040—1050℃、0.016—0.07s^(-1)附近为最佳,其变形机制也是动态再结晶.失稳区出现在β单相区内,其参数范围为1000—1080℃、4.0—70s^(-1),在该失稳区会出现β晶粒的不均匀变形;应变速率在0.001s^(-1)附近时,在β单相区变形会出现β晶粒的动态粗化.

高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展

综述了我国航空发动机用高温钛合金材料体系的发展状况。针对未来高推重比航空发动机对新型轻质耐高温结构材料的需求,重点介绍了TiAl合金和SiC纤维增强钛基复合材料2种关键的新型高温钛合金国外研究进展和应用情况。目前我国航空发动机主要应用的是α+β型钛合金,工作温度均在500℃以下,在更高温度使用的近α型钛合金(如600℃高温钛合金)尚处于研发阶段。国外对TiAl合金的研究已近20年,在航空发动机领域已公开报导了10多种TiAl零部件,并且完成了地面装机试验,试验结果非常理想。SiCf/Ti复合材料在航空发动机上的典型应用是叶环类和轴类零件,美、英等国均研制出了多个零部件,并进行了发动机考核试验。TiAl和SiCf/Ti复合材料将是新一代高推重比航空发动机用的2种关键结构材料。

Ti-48Al+B合金中硼化物的生长机理

研究了 Ti- 48Al+ (0 .2～ 0 .8) at% B合金中硼化物的生长机理。结果显示 :合金中的硼化物均为 C32结构的Ti B2 相 ;在加入 0 .2 at%和 0 .5 at% B的合金中只存在带状 Ti B2 相 ;而加入 0 .8at% B的合金中除带状 Ti B2 相外 ,还出现了少量六方形貌的块状 Ti B2 相。块状硼化物是从液相中自由生长的初生 Ti B2 相 ,其惯习面为 (0 0 0 1)基面和{ 10 10 }柱面 ;而带状硼化物则是次生 Ti B2 相 ,是通过 L→β+ Ti B2 和 L +β→α+ Ti B2 反应与基体耦合生长的非规则共晶反应产物。两种形貌的 Ti B2 颗粒均以台阶方式生长。