晶粒尺度和片层厚度对全片层γ-TiAl合金性能的影响

研究了全片层 Ti- 46 .5 Al- 2 Cr- 1.5 Nb- 1V合金的显微组织与宏观力学性能之间的关系。研究表明 ,通过不同的热处理制度可以得到具有相同片层厚度的 4种晶粒尺度 ,以及晶粒尺度大约为 45 0 μm,片层厚度分别为 15 0 nm和5 0 0 nm的组织。材料的屈服强度随着合金晶粒尺度和片层厚度的增加而减小 ,符合 Hall- Patch关系 ,ky值为 1.82。材料的蠕变抗力随片层厚度的增加而减小 ,但是对晶粒尺度的变化不很敏感。

晶界对全片层组织γ-TiAl合金断裂韧性的影响

为了深入研究晶界对全片层组织TiAl基合金断裂韧性的影响,采用SEM原位拉伸实验,对全片层和近全片层Ti-46.5Al-2.0Cr-1.5Nb-1.0V合金中裂纹的扩展进行了观测。发现晶界对全片层组织TiAl合金断裂韧性的影响表现在改变裂纹扩展方向以及影响韧带的尺寸上。并得出结论:全片层组织γ-TiAl合金的断裂韧性来源于基体的断裂韧性、片层晶界导致的韧性增强以及片层导致的韧带增韧。

TiAl合金定向全片层组织的籽晶法制备

以Ti-43Al-3Si为籽晶,在Ti-47Al合金中成功的制备出了与生长方向平行的定向全片层组织.结合Ti-Al二元相图,分析了亚包晶和过包晶成分合金的凝固路径,确定了籽晶法控制TiAl合金片层方向对母料合金成分的要求.通过对不同生长速率下Ti-47Al合金籽晶法定向凝固组织的观察发现,成功的引晶生长应保证高温α相沿非择优取向〈11■0〉以平界面生长,即采用足够高的温度梯度和足够低的生长速率.α相胞状树枝晶生长过程中将在枝晶间析出β相,破坏定向全片层组织.

Ti45Al10Nb合金全片层组织韧脆转变机制的研究

研究了应变速率和温度对 Ti45 Al10 Nb合金的屈服强度和延伸率的影响。结果表明 :随着应变速率升高 ,合金的屈服强度升高而延伸率下降 ,由此得到韧脆转变温度 TBDT随应变速率升高而升高的关系 ,并计算出 Ti45 Al10 Nb合金韧脆转变的激活能为 330 k J/ mol。这一数值与 γ- Ti Al合金中原子的自扩散激活能 (2 90 k J/ mol)相当 ,说明Ti45 Al10 Nb合金韧脆转变过程受扩散控制的形变机制 ,即位错攀移控制 ,TEM形貌和断口分析也证明这一结论。

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

热变形高铌Ti-Al合金获取全片层组织的热处理工艺

研究了热变形高铌Ti-Al合金获取全片层组织的热处理工艺及转变机理,提出了新的热处理工艺为:1480℃×10min→1345℃×20min→900℃×2h,空冷。采用新工艺热处理时可使高铌Ti-Al合金中在β相与α相区两次重新形核长大,破坏了原始变形组织中晶粒间的取向关系,从而得到了均匀的α相,因而新工艺热处理后得到较为均匀细小的全片层组织。

全片层TiAl合金的片层取向和片层间距控制的研究现状

全片层TiAl合金的片层取向和片层间距对其断裂韧性、屈服强度、蠕变性能和疲劳性能等力学性能具有重要影响。本文从片层取向控制和片层间距控制两方面,系统的综述了全片层TiAl合金的性能和组织间的关系,并总结了提升全片层TiAl合金的性能的手段。指出取向与晶体生长方向相同、片层间距细小的全片层TiAl合金具有最优的综合力学性能;减小Al当量、增大生长速度和环境压力可减小全片层TiAl合金的片层间距,增大Al当量是最简单有效的细化片层的手段;自引晶法是控制片层取向的新兴方法,是未来TiAl合金片层取向控制的重要发展方向。

全片层与双态组织高铌TiAl合金高温原位拉伸研究

利用原位观察的方法研究了全片层(Fully Lamellar,FL)组织与双态(Duplex,DP)组织高铌TiAl合金在750℃下的拉伸力学行为。结果表明:DP组织具有较好的抗拉强度和塑性,其抗拉强度为958MPa,断面收缩率为45.1%,FL组织抗拉强度较低且几乎没有塑性;随着拉伸应力的增加,DP组织合金试样表面存在一个大量裂纹萌生和扩展的过程,这些裂纹均匀分布在试样表面,主要以萌生为主,几乎难以扩展,而在FL组织中只能观察到少量的裂纹萌生现象;拉伸断裂后的DP组织合金的裂纹是由多个孔洞合并而成,呈蠕虫状且尺寸很小,FL组织中与拉伸方向垂直或呈一较大夹角的片层团界及片层界较易萌生裂纹,在临近断口区域,裂纹主要以穿层扩展为主。

双态和全片层组织大尺寸Ti-43Al-9V-Y合金的拉伸性能

采用真空自耗电极电弧炉熔炼技术、均匀化热处理、热等静压处理以及包套锻造工艺制备了大尺寸双态组织（DP组织）Ti43Al9VY合金锻坯，切取适量锻坯在1 350 ℃保温8 h后得到全片层组织（FL组织）,在室温，700，750，800，900 ℃下对两种组织合金不同位置处的试样进行拉伸试验，并对断口形貌进行观察。结果表明：DP组织合金的均匀性较好，不同位置处的拉伸性能无明显差异；在室温～700 ℃范围内，随着温度的升高，合金的屈服强度略有下降，但仍保持在较高水平；在700～900 ℃范围内，随着温度的升高，合金的屈服强度迅速下降，700 ℃时，DP组织和FL组织合金的平均伸长率分别为8.3%和2.05%，当温度高于700 ℃以后，合金开始呈现出软化趋势，800 ℃的拉伸断口表面可见韧窝及明显的氧化膜。

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。

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。

全片层TiAl基合金的屈服强度与显微组织关系

通过特定的热处理工艺，分离出全片层组织的晶粒尺度和片层厚度两个主要的显微组织参数，研究了晶粒尺度和片层间距对全片层组织合金的强化效果。研究结果表明：合金的屈服强度随着晶粒尺度和片层厚度的减小而增加，符合Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ强化关系。同时用屈服强度模型解释了晶粒尺度和片层厚度的强化效果。

铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金的室温力学性能

对具有柱状晶组织的铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金纵向和横向试样进行了室温拉伸、室温压缩和三点弯曲试验,并对拉伸试样断口进行了分析。结果表明:铸态全片层Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金力学性能存在强烈的各向异性。横向试样的拉伸性能和弯曲性能远远优于纵向试样,但压缩屈服强度低。合金的力学性能取决于加载轴与片层界面的角度,而不是柱状晶轴的方向。横向拉伸试样的拉应力与片层界面平行,α2/γ片层相界面对裂纹的阻碍作用对提高拉伸性能起到了重要作用。纵向压缩试样的压应力与片层界面垂直,使片层间的微裂纹闭合不扩展,压缩屈服强度较横向试样高。

全层状TiAl基合金断裂中晶界的双重作用

通过 SEM原位拉伸技术和双晶体压缩实验研究了全片层 Ti Al基合金晶界断裂行为。研究表明 ,在全层状组织的断裂行为中 ,晶界具有双重作用。一方面 ,微裂纹首先萌发于晶界区 ,其扩展方式取决于晶界两侧片层的取向。另一方面 ,不同类型的晶界对裂纹扩展的阻力不同 ,因而对全层状 Ti Al基合金韧性的作用不同 ,纵向晶界有助于断裂韧性的提高 。

γ-TiAl片层界面在裂纹形核中的双重作用

通过全片层γ TiAl基合金SEM原位拉伸实验以及对裂纹前方滑移面及解理面上的应力进行有限元计算 ,研究了片层界面在形核中的作用。当原裂纹与片层平行时 ,裂纹尖端滑移系的分切应力较小 ,滑移相对困难 ,片层面上的正应力比其它解理面上的正应力大 ,从而解理裂纹优先沿片层界面形核 ;当裂纹与片层界面垂直时 ,裂纹尖端很多滑移系上的分切应力较大 ,滑移相对容易 ,片层面上的正应力远比其它解理面上的正应力小 ,从而裂纹优先在跨γ片层的解理面上形核 。

γ-TiAl层状结构裂尖应力场的有限元分析

根据γ－ＴｉＡｌ层状晶体（ＰＳＴ晶体）的微观结构，构造了可使用有限元计算的夹心基元。由有限元计算表明，当裂尖平行于片层时，裂尖前端所有滑移系上的分切应力都很小，即滑移较弱，而沿片层界面（它总是解理面之一）的正应力有最大值，这表明，裂尖将沿片层扩展，而且塑性小。当裂纹垂直于片层时，裂尖前端很多滑移系上的分切应力都很大，最大正应力并不在片层界面上，而总在跨片层的解理面上，这表明，裂尖在片层内解理，并且塑性很大。

高Nb-TiAl合金定向凝固组织的研究

运用区域熔炼定向凝固炉对名义成分为Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)(原子分数/%)等离子熔炼铸态合金进行了抽拉速率分别为5,8,10,15,20,30μm/s的定向凝固实验。结果发现:定向凝固后的试棒组织形成四个明显的区段,铸态组织区、定向退火区、熔融结晶区与定向生长区;抽拉速率为5μm/s时,沿拉伸方向生长的柱状晶明显,其内部片层方向与柱状晶生长方向近似成0°,45°或90°夹角关系,随着抽拉速率的增加,柱状晶变细窄;典型组织的BSE图显示,定向凝固能消除普通铸锭冶金过程中的α,β偏析,其组织中无B2相产生,当抽拉速率达到或超过8μm/s时,β相枝晶晶界附近形成了拉长的胞状铝偏析,柱状晶晶界附近有富Ti,Nb,W的析出物出现。

抽拉速率对Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金的定向凝固组织的影响

采用亚快速定向凝固装置成功地制备了Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金定向凝固试样,观察了不同凝固速率下的固液界面形貌、过渡区和稳态区凝固组织。实验结果表明,在2μm/s抽拉速率下,合金界面以胞状界面形态生长,全片层组织(γ+α2)取向与生长方向成0°和45°的夹角,合金凝固时的领先相为β相。在100μm/s凝固速率下,合金界面以枝状形态生长,全片层组织方向与生长方向的夹角为90°,领先相从β相转化为α相。通过将合金中Cr和Nb元素的含量折算成Al的含量,计算Ti-48.3Al合金中α和β相界面生长温度,发现凝固速率达到180μm/s时,领先相可由β相转变为α相,理论计算结果支持实验中的相选择转变过程。

抽拉速度对Ti-48Al-8Nb合金定向凝固组织的影响

采用Bridgeman定向凝固设备成功制备了Ti-48Al-8Nb(原子分数,%)合金定向凝固试样,分析了不同抽拉速度对柱状晶形貌及过渡区、稳态区和淬火区凝固组织的影响。实验结果表明:在不同抽拉速度下,柱晶沿抽拉方向生长良好,柱状晶内部片层取向一致,与生长方向呈45°、90°夹角;当抽拉速度为8μm/s时,固液界面以胞状形貌向前推进,抽拉速度增大到15μm/s时固液界面开始向树枝状生长转化,随着抽拉速度进一步增大,二次枝晶间距逐渐变小,组织明显细化,片层间距显著减小;组织中与生长方向垂直的片层组织所占比例随抽拉速度增大而增加。

TiAl与TC4扩散焊接接头的组织与性能

主要对TiAl基金属间化合物与TC4的扩散连接技术进行了研究。通过对钛铝基合金进行热处理,获得了高温性能良好的全片层组织;通过对扩散连接后的接头进行组织结构、力学性能和断口的分析发现,在915℃/80 MPa/1 h的扩散连接条件下,TiAl基合金与TC4实现了冶金结合,在室温、400和500℃下,接头的抗拉强度分别达到了TiAl母材的91.77%、95.27%和99.21%。