Ti_3Al基合金(0001)_(α_2)//(110)_β界面价电子结构分析

基于固体与分子经验电子理论,以改进的TFD理论提出的电子密度连续的量子力学条件为判据,计算了Ti3Al基合金中(0001)α//(110)β2界面的价电子结构。对比分析了单相Ti3Al基合金2-Ti3Al2-(Ti)Al(0001)//(0001)ααxMy界面与多相Ti3Al基合金(0001)α2-Ti3Al//(110)β-Ti0.5xAl0.5M0.5y,(0001)α2-(TixMy)Al//(110)β-Ti0.5xAl0.5M0.5y界面电子结构。从电子结构层次上初步解释了延性β相改善合金薄弱的相界面电子结构与键结合,增加界面稳定性与连续性,提高合金强韧性的微观本质。

不同钎料对Ti_3Al基合金钎焊接头强度及界面微观组织的影响

研究了Ti3Al基合金真空钎焊及接头组织性能; 分析了不同钎料对接头界面组织和剪切强度的影响,初步优选了钎料, 优化了钎焊连接规范参数; 利用电子探针、扫描电镜和X射线衍射等方法对接头进行了定性和定量分析。结果表明: 采用NiCrSiB钎料连接时, 在界面处有金属间化合物 TiAl3、AlNi2Ti和 Ni基固溶体生成,TiAl3 和AlNi2Ti的生成降低了接头的剪切强度; 采用 TiZrNiCu钎料连接时, 在界面处有金属间化合物 Ti2Ni、Ti(Cu,Al)2 和Ti基固溶体生成, Ti2Ni和 Ti(Cu,Al)2 的形成降低了接头的剪切强度; 采用 AgCuZn钎料连接时, 在界面处生成TiCu、Ti(Cu,Al)2 和Ag基固溶体, TiCu和Ti(Cu,Al)2的生成是降低接头剪切强度的主要原因; 采用CuP钎料连接时, 在界面处生成了Cu3P、TiCu和Cu基固溶体, Cu3P和 TiCu使接头的剪切强度降低;对于NiCrSiB钎料, 当连接温度为1 373 K, 连接时间为5 min时, 接头的剪切强度最高为219 6 MPa; 对于TiZr NiCu钎料, 当连接温度为1 323 K, 连接时间为5 min时, 接头的最高剪切强度为259 6 MPa; 对于AgCuZn钎料,当连接温度为1 173 K, 连接时间为5 min时, 接头的最高剪切强度为125 4 MPa; 对于CuP钎料, 当连接温度为1 223 K, 连接时间为5 min时, 接头的最高剪切强度为 98 6 MPa; 采用

Ti_3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状

文摘综述了耐高温轻质结构材料Ti3Al基合金及其与异种材料的连接研究现状,阐述了熔焊、钎焊、扩散焊、TLP扩散连接等主要连接方法的优缺点,指出了实用化研究方向。

中等Nb含量的(α_2+O+B2)三相Ti_3Al基合金的研究

中等Nb含量的、含有O相的Ti3Al基合金以及高Nb含量的O相基合金具有比重小、强度高等特性,是适合于650～700℃使用的高温结构材料.本文介绍了一种中等Nb含量的(α2+O+B2)三相Ti3Al基合金(TD3合金)的热机械处理工艺和微观组织特征,以及典型组织的力学性能,并与一些典型的O相基合金,高温钛合金,高温合金进行了对比.对比结果表明,通过适当的热机械处理进行微观组织控制,TD3合金可以获得与Ti2AlNb基合金相当的比强度和高温蠕变性能,其高温冲击韧性、断裂韧性和低周疲劳性能达到了一些钛合金和高温合金在服役条件下的水平.

外加拉应力对Ti_3Al基合金500—700℃下选择性氧化的影响

研究了Ti3Al基合金(Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo-0.3Si,原子分数,％)在500,600,700℃下应力水平对其选择性氧化行为的影响.合金氧化主要形成TiO2和Al2O3的混合膜. XPS与SEM分析表明,在500℃下,拉应力降低氧化物组成中TiO2的含量,增大Al2O3的含量.在600℃下结果与上述相反,且随应力增大,效果愈明显.而在700℃下,施加的外应力水平导致氧化膜发生开裂,氧化膜中相组成与无外应力时的相同.用力学化学活度的理论对实验结果进行了分析和讨论.

AgCu基钎料钎焊Ti_3Al基合金的接头组织与性能

在880℃/10 min规范下,采用Ag-28Cu、Ag-35.2Cu-1.8Ti和Ag-27.4Cu-4.4Ti 3种AgCu基钎料进行了针对TD3合金的润湿性试验。试验结果表明,3种AgCu基钎料在TD3合金上表现出了良好的润湿性,并且能成功实现对TD3的连接,接头中未出现熔蚀和裂纹等缺陷。3种接头的钎缝基体主要由Ag基固溶体组成,其中分布着灰黑色的Ti-Cu相;Cu向TD3基体中扩散,与Ti相互作用生成Ti-Cu相的同时,也增加了钎缝的宽度。随着钎料自身含Ti量的提高,接头平均剪切强度逐渐增大,且接头强度受Ti含量影响较为明显。采用Ag-27.4Cu-4.4Ti钎料的接头获得了最大剪切强度,其平均值为163.8 MPa。

Ti_3Al基合金的热变形行为及本构方程

采用DDL50高温电子万能试验机对Ti_3Al基合金进行等温恒应变速率拉伸试验,研究了该合金在热变形温度900~1020℃,应变速率2×10^(-4)~2×10^(-2)s^(-1)范围内的高温热变形行为。结果表明:Ti_3Al基合金的流变应力在应变速率一定时,随温度的升高而减小,在温度一定时,随应变速率的升高而增大,流变应力在达到峰值后开始逐渐降低,呈软化现象;应变速率越高,Ti_3Al基合金的软化越明显。依据高温拉伸试验得到的真应力-真应变曲线关系,计算得出了Ti_3Al基合金热变形激活能为472.7992 k J·mol^(-1)。建立了Ti_3Al基合金热变形的双曲正弦形式的本构方程和Zener-Hollomon参数方程。

可熔金属芯在金属型铸造Ti_3Al基合金中的应用

本文通过对空心可熔金属芯制造工艺及表面处理工艺的研究 ,成功地实现了Ti3 Al基合金铸件的金属型铸造。研究结果表明 :(1)利用金属型及可熔性金属芯可以铸出合格的Ti3 Al基合金铸件 ;(2 )该技术的重点在于可熔性金属芯的应用 ,可熔性金属芯既要能使合金液圆满充型 ,又要在充型结束后熔化以减少收缩阻力 ;(3 )

Ti_3Al基合金在700850℃空气中的循环氧化行为

研究了2种成分相近的Ti3Al基合金(Ti 24Al 14Nb 3V 0.5Mo 0.3Si(摩尔分数)及Ti 24Al 14Nb 3V 0.5Mo 0.6Si在700850℃空气中的循环氧化行为;重点考察了合金的循环氧化动力学行为;结合SEM/EDX及EPMA分析了循环氧化后样品的表面、断面微观形貌及断面成膜元素面分布。结果表明:2种合金在各氧化温度下表面生成了Al2O3和TiO2混合氧化物,Al2O3主要分布在最外层;在700℃下2种合金具有较好的抗循环氧化性能,而在800℃及以上的温度条件下,表面氧化膜易于开裂和剥落;合金在较高温度下表面氧化膜失效方式为膜层中微裂纹的复合及由于这一过程的反复进行而导致的氧化膜间物理分层开裂。

Ti_3Al基合金在近等温变形过程中的组织变化规律

对锻态Ti3Al基合金进行了压缩实验,研究其在近等温变形过程中的组织变化规律。结果表明随着变形温度的升高,初生2α条变粗,且大部分α2相趋于等轴状。尽管应变速率对α2相的含量影响不大,但对其尺寸和形貌却有较大的影响。较高的应变速率能够增加畸变能,有利于细化晶粒。由于10%的变形量较小,只有较少量位于有利变形方向的条状α2相被破碎而呈现出等轴状。而当变形量从10%增加到30%时,α2相颗粒均为等轴状,其尺寸随着变形量的增加先减小后增大。尺寸增大的原因是由于两个相互独立的硬α2相之间的软β相在变形力的作用下被挤开而靠近,最终靠扩散长大成一体;或是初生α2相在缓慢变形过程中吞并其周围新生的细小α2相而长大。

Ti_3Al基合金瞬间液相扩散连接接头组织与力学性能

采用TiZrNiCu合金作为中间层材料研究了Ti3Al基合金的瞬间液相扩散连接,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机研究了接头的组织结构与力学性能.结果表明,采用TiZrNiCu作为中间层可以实现Ti3Al基合金的TLP扩散连接,能形成完整的接头.较高的连接温度和较长的连接时间有利于获得成分和组织较为均匀的接头.随着连接温度的提高和连接时间的延长,接头连接区宽度增大,反应层数量减少.当连接温度为900℃,连接时间为60min时,接头组织主要为钛固溶体,TiAl和TiCu.接头抗剪强度最高,可达420.1MPa.

热工艺对Ti3Al基合金力学性能和焊接性影响

研究了不同热工艺(锻造、热轧和固溶处理)条件下Ti-24Al-15Nb-1Mo合金显微结构和力学性能特点,比较了它们钨极氩弧焊的焊接性。结果表明,热加工工艺对母材显微结构和力学性能影响显著,固溶温度影响相对较小;锻制的母材具有较低的冷裂纹敏感性和较高的接头力学性能;降低接头拘束度、控制接头焊后冷却速度和焊后及时热处理是防止裂纹的有效工艺措施。

Ti_3Al基合金表面两种Cr_(1-x)Al_xN(x=0.18,0.47)涂层的热腐蚀性能

利用磁控反应溅射的方法在Ti_3Al基合金表面制备了两种不同铝含量的Cr_(0.82)Al_(0.18)N与Cr_(0.53)Al_(0.47)N涂层,测试了这两种涂层在800℃(Na_2SO_4+25 mass%K_2SO_4)熔融盐膜下的热腐蚀动力学,并采用X射线衍射仪和带能谱的扫描电镜分析腐蚀产物相组成以及微观结构。结果表明,两种涂层均可降低Ti_3Al基合金的热腐蚀速率;涂层热腐蚀产物主要为具有保护性的Cr_2O_3和θ-Al_2O_3混合氧化膜,θ-Al_2O_3的含量随着涂层中Al含量上升递增;和θ-Al_2O_3相比,Cr_2O_3在熔融硫酸盐中的稳定性更好,Cr_(0.82)Al_(0.18)N涂层抗热腐蚀性能优于Cr_(0.53)Al_(0.47)N涂层。

Ti_3Al基合金的弹性变形能与空蚀

利用旋转圆盘装置研究了Ti3 Al基合金Ti 2 4Al 15Nb 1Mo的空蚀行为 ,并用洛氏硬度仪模拟空蚀过程中微射流所产生的局部载荷对Ti 2 4Al 15Nb 1Mo合金的作用 ,测量了压头加载过程中该合金吸收的总能量和弹性变形能 (选择我国水利机械常用 0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢作对比材料 )。结果表明 :Ti 2 4Al 15Nb 1Mo合金的抗空蚀性能优于 0Cr13Ni5Mo不锈钢 ,空蚀 40h后前者的累积体积损失量仅为 0 .5 5 1mm3 ,而后者的累积体积损失量达到2 .6 15mm3 ;在局部载荷作用下 ,Ti 2 4Al 15Nb 1Mo合金不仅有较高的加工硬化能力 ,而且有较好的弹性性能 ;在压痕试验中其弹性变形能在总变形能量中所占比例达到 1/ 3。这些性能特点使Ti 2 4Al 15Nb 1Mo合金在空蚀过程中能吸收和释放较多的冲击能量 ,延缓裂纹形成 ,减少体积损失 ,呈现良好的抗空蚀性能。

Ti_3Al基合金的热处理显微组织与蠕变性能

对Ti_3Al基合金Ti_3Al-26M,Ti_3Al-11.5M和Ti_3Al-22M(wt%)(M=Nb,Mo,V)的热处理与显微组织和显微组织与蠕变性能之间的关系进行了探讨。结果表明:同一合金在不同热处理条件下的显微组织具有不同的特征和尺寸,而在同一热处理条件下的3种合金显微组织特征相同,只是晶粒的尺寸不同。高温蠕变性能测定表明,Ti_3Al-26M合金的蠕变性能优于Ti_3Al-11.5M和Ti_3Al-22M合金。Ti_3Al-26M合金经β固溶处理的魏氏组织的蠕变性能最好,经α_2+β固溶+时效和工厂处理的等轴组织蠕变性能次之。Ti_3Al-26M合金α_2+β固溶+时效状态的稳态蠕变速率与温度和应力的关系研究表明。随着温度和应力的增加稳态蠕变速率明显增加,并且随温度影响更为明显。

Ti_3Al基合金室温塑性的改善方法

结合Ti3Al基合金室温塑性的主要影响因素,总结了Ti3Al基合金改善塑性的方法,这些方法包括:合金化、细化晶粒、热处理、控制间隙元素含量等。合金化元素主要包括Mo,V,Nb3种,它们的加入稳定了塑性相,提高了合金塑性。细化晶粒一方面可缩短滑移带长度,减少晶界的应变集中,使裂纹形核变得困难;另一方面由于细晶材料的塑性变形协调性较好,有利于更多滑移系的开动。热处理通过控制组织达到改善塑性的目的。间隙元素严重影响合金塑性,控制其含量是改善塑性的重要手段。

热处理对Ti_3Al基合金板材拉伸性能与微观组织的影响

研究固溶温度、时效温度以及多重时效处理对Ti-24Al-15Nb-1Mo合金热轧板材拉伸性能的影响,对不同热处理工艺下板材的微观组织和拉伸断口形貌进行观察。结果表明:当固溶处理温度从990℃升高到1010℃时,Ti-24Al-15Nb-1Mo合金热轧板材的室、高温强度均有所提高,塑性略有降低;当时效温度从815℃升高到850℃时,板材的室温和高温强度降低,塑性变化不明显;Ti-24Al-15Nb-1Mo合金热轧板材经990℃固溶处理后再进行多次时效处理,其拉伸性能变化不明显;增加时效次数,拉伸强度略微降低。

Al-Si钎料对Ti_3Al基合金的表面改性研究

采用Al-Si钎料液相浸渍的反应方法实现了对Ti_3Al基合金的表面改性,且Al-Si与Ti_3Al母材之间形成了良好的界面,涂层由TiAl_3和TiSi_2组成。经过900℃恒温氧化试验后,在涂层外表面与Ti_3Al母材的界面分别出现了Al_2O_3层、Ti-Si层和TiAl层。表面浸渍处理后的试样相对于未加涂层的Ti_3Al试样,其高温抗氧化性明显得到改善,先后经800℃至室温之间的50次循环和900℃至室温之间的50次循环,其氧化速率趋于平缓。未加涂层的Ti_3Al和表面改性后的Ti_3Al的抗拉强度水平相当,但经历过表面浸渍反应热过程的涂层试样,其断后伸长率比原先基体有所改善。

铌和稀土元素对 Ti_3Al 基合金显微组织和性能的影响

采用了 X 光光学显微镜、扫描电镜和超高压透射电镜等方法研究了β稳定元素铌和稀土元素钇对 Ti_3Al 基合金显微组织和性能的影响。试验结果表明:添加铌可细化 Ti_3Al 基合金的显微组织和反相畴。在 Ti_3Al-21Nb 合金中添加少量钇使晶粒更加细化,这对改善 Ti_sAl 基合金的塑性起一定作用,特别是可使 700～800℃的高温机械性能与强度和塑性结合得很好。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Ti3Al基合金中钒、铬、锰、铁、铜、镍和锆的含量

Ti3Al基合金是一种能在600℃~700℃之间使用的轻质结构材料,特别是通过添加铌等元素使合金的室温塑性和韧性有了较大的提高[1-2]。Ti3Al基合金的主要应用方向为低压涡轮导叶内环和高压压气机机匣等,这些合金的板材有可能在高超声速飞行器上使用,并用作碳化硅纤维增强复合材料的基体材料。通过优化合金成分设计、添加各种主量和微量元素合金化并控制合金中的杂质含量,可使Ti3Al基合金的性能大幅提高,