Ti2AlNb基合金表面渗铬层结构及其摩擦学性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb基合金进行表面渗Cr处理,结果表明:经过离子渗铬处理后可获得约25μm的表面合金层;渗层中Cr含量随渗层深度呈梯度变化,且由于原子扩散能力的差异,在渗层的不同区域形成不同相,结合XRD和XPS分析技术,证实表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主;渗层硬度值由外层的HV0.11 125逐渐过渡到基体的HV0.1400左右;渗Cr处理后合金室温摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,由于硬质Cr2Nb和Al8Cr5相起到支撑载荷的作用,降低粘着磨损,室温磨损率降低60%以上;高温条件下由于氧化和摩擦磨损的共同作用,摩擦因数变化不大,磨损率降低20%。

Ti2AlNb基合金等离子表面渗铬层组织结构对耐磨性能的影响

低硬度和较差的耐磨性制约了钛铝基合金在航空领域的应用。为了提高Ti2AlNb合金的表面硬度和耐磨性,采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb合金表面进行渗Cr处理,并对其微观组织、扩散特性及显微硬度和耐磨性进行了分析测试。结果表明:经等离子渗铬处理后,可获得约25μm的合金层;渗层中Cr含量随渗层深度有显著变化且在高温条件下因各原子扩散能力的差异,以基体中Al和Nb量的变化为主,在渗层的不同区域形成不同的相,表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主,而在渗层和基体的交界处形成新的无序O相(Ti25.36Al18.44Nb);渗层硬度值由外层的HV1125逐渐过渡到基体的HV432,渗层与基体的界面处由于无序O相的析出而硬度最低。渗Cr处理将合金的摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,磨损率降低了60%以上。

Ti2AlNb基合金TIG焊接头组织与性能分析

采用不加丝和加丝脉冲TIG焊接工艺焊接了厚度为1.5 mm的Ti2AlNb基合金。观察了焊接接头区的组织形貌,测试与分析了接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明,焊缝区为树枝晶组织形貌,而且组织分布出现了分层现象;加纯钛焊丝可以使焊缝的等轴晶区扩大;从母材向热影响区和焊缝区过渡,O相含量逐渐减少;由于相组成的变化,焊接接头的硬度分布规律为热影响区的硬度最高,母材次之,焊缝区最低;不加丝和加纯钛焊丝的焊接接头抗拉强度基本相当,而加纯钛焊丝的焊接接头断后伸长率显著提高;不加丝焊接接头的断裂模式为韧脆混合断裂特征,加纯钛焊丝焊接接头为韧性断裂特征。

W替代对Ti2AlNb基合金电子结构与性能的影响

利用固体与分子经验电子理论计算了Ti2AlNb基合金中外来原子W的不同占位比引起基体电子结构的变化,分析了价电子结构参数nA,σ和ρ的变化及描述原子状态的特征参数nT,nc,nl的变化,讨论了W在不同占位比情况下的价电子结构对合金性能的影响。

Ti2AlNb基合金线性摩擦焊研究进展

与传统Ti-Al系合金相比,Ti2AlNb基合金拥有良好的室温塑性,其优异的综合性能满足航空航天发动机对材料高比强度且轻质耐高温的要求。本文总结了该合金的线性摩擦焊接头连接与组织调控机理的研究进展,发现接头焊缝区几乎为B2单相组织,并表现为亚晶粒的组织特征。固溶时效后二次针状O相的析出数量随着前置固溶处理温度的升高而增多。粗大的板条O相的增多是固溶处理接头塑性提高而强度降低的主要原因。后续时效处理过程中析出的细小针状O相及塑性B2相的减少在提高接头强度的同时降低了塑性。因此,抑制B2晶粒尺寸的同时控制O相的析出形态和数量是获得接头良好力学性能的关键。

Ti2AlNb基合金连接性问题综述

Ti2AlNb基合金由于密度较低、室温塑性良好及高温性能优异,被认为是镍基高温合金的理想替代材料。该合金起源于Nb改良的Ti3Al基合金,Nb元素的大量添加势必影响其自身性能及连接性。当前已有很多研究集中在Ti2AlNb基合金自身组织及力学性能上,为推进实用化进程,其连接性也愈发受到关注。结合自有研究及大量文献资料,归纳总结了Ti2AlNb基合金的连接性问题,主要包括同材及异材连接、常用连接方法及Nb元素对其连接性的影响,评述侧重于接头组织、机械性能及焊缝形成机理。最后比较给出各种连接方法的优缺点,并对后续工作进行了展望。

Ti2AlNb基合金板材电子束焊接焊缝组织研究

选用了不同的焊接参数对厚度分别为3、5、7和9mm的Ti2AlNb基合金板进行电子束堆焊,并进行不同制度的焊后热处理.利用OM、SEM、EDS和显微硬度测试等方法对焊缝区域的显微组织特征进行了分析.

Ti2AlNb基合金高温防护涂层的研究现状

Ti2AlNb基合金具有密度低、比强度高、优良的断裂韧性和抗蠕变性等优点,但仍然存在高温抗氧化性能和耐腐蚀性能较差,以及硬度较低和耐磨性不足等问题,限制了该合金的实际应用。在Ti2AlNb基合金表面制备防护涂层是保证其在高温服役可靠性的重要方法。综述了国内外Ti2AlNb基合金高温防护涂层体系及其制备技术的研究现状,系统分析了涂层的高温抗氧化性能、抗热腐蚀性能及摩擦磨损性能,讨论了目前达到的性能水平及面临的问题和挑战,展望了Ti2AlNb基合金高温防护涂层的发展方向。

Ti2AlNb基合金高温氧化初期热力学分析

运用相图计算技术,研究Ti-22Al-xNb(x=0~30%,摩尔分数)合金在1 000℃氧化的初始氧化产物,并预测Ti-22Al-27Nb和Ti-22Al-15Nb合金在此温度下氧化初期的各相质量分数及相组成的变化。结果表明:随氧分压增大,基体中的Bcc_B2相向Hcp_A3相转变以溶解增加的O(氧)。合金中元素的氧化顺序为Al,Ti,Nb。Al2O3,Halite(TiO)和NbO分别在氧分压为4.72×10^-32,4.11×10^-30和5.53×10^-25 MPa时出现。随氧分压增大,Ti与Nb的氧化产物均往含氧量更高的方向发展。与Ti-22Al-27Nb相比,Ti-22Al-15Nb合金中NbO和NbO2的质量分数明显减小,而Al2O3的质量分数显著增加。

Ti_(2)AlNb合金蜂窝结构电流辅助成形-扩散连接工艺研究

Ti_(2)AlNb合金蜂窝结构采用辊弯-热校形-点焊复合工艺制备,存在工艺周期长、能耗高、构件精度低、可靠性差等缺陷。本文提出Ti_(2)AlNb合金蜂窝瓦楞板电流辅助辊压成形工艺,利用局部成形位置的高电流密度抑制构件回弹。同时,采用扩散连接工艺制备蜂窝结构,实现蜂窝结构的可靠连接。当电流密度高于阈值(20 A/mm^(2))时,电流密度对于V形弯曲回弹的抑制作用显著。当电流密度达到60 A/mm^(2)时,V形弯曲回弹已基本消除。在瓦楞板电流辅助辊压成形过程中,当最大电流密度增大至66 A/mm^(2)时,瓦楞板的成形角度由125.5°降低为121.3°。设计了Ti_(2)AlNb蜂窝结构扩散连接工装,在970℃/15 MPa/2 h热压工艺参数下,制备了蜂窝结构样件,六边形元胞的尺寸一致、精度高。

基于MeltFlow-VAR的Ti2AlNb合金铸锭熔炼工艺研究

在Ti2AlNb合金的熔炼过程中,成分均匀性受稳弧电流及周期、熔炼电流的影响波动范围较大,本文采用MeltFlow-VAR模拟软件对Ti2AlNb合金的熔炼流程进行了精确的模拟分析。在此基础上,我们确立了合理的熔炼电流、稳弧电流以及周期等关键工艺参数,以指导实际生产操作,显著提升了生产过程的可控性。所生产Ti2AlNb合金铸锭中Nb元素的分布呈现出均匀状态,且其化学成分的波动范围保持在较低水平。

应用加工图理论研究Ti_2AlNb基合金的高温变形特性

基于动态材料模型（DMM），建立了Ti2AlNb基合金（Ti-22Al-25Nb）在温度94012-1060℃，应变速率0．001s^-1-10s^-1范围内的加工图，并利用该图分析了合金的高温变形特性。结果发现：在温度94012～97012，应变速率0．4s^-1～10s^-1和温度970℃—1060℃，应变速率1s^-1～10s^-1范围为流动失稳区，前者范围内主要发生绝热剪切变形和45°角剪切开裂，功率耗散率达到最小值；后者区域内以局部塑性流动和纵向开裂为主，功率耗散率小于33％。热加工图的其余部分为塑性加工的“安全区”，主要发生再结晶。在温度94012～970℃，应变速率0．001s^-1-0．4s^-1范围，以α2／O相板条球化为主；在温度970℃～1030℃，应变速率0．001s^-1～1S^-1范围，功率耗散率为35％-45％，呈现连续再结晶特征。在温度1030℃～1060℃。麻蛮谏率0．001s^-1-0.1s^-1范围。功率耗散率为45％～66％。达最大值,发生连续再结晶晶粒长大。

Ti_2AlNb基合金的研究进展

着重介绍了Ti2A lNb基合金的成分、显微组织及性能,综述了合金元素及热处理工艺对Ti2A l-Nb基合金组织性能的影响,介绍了Ti2A lNb基合金熔炼凝固特性,并展望Ti2A lNb基合金的未来。

Ti_2AlNb基合金热处理中的相结构与相变预测

运用相图计算技术,预测了名义成分为Ti-22Al-27Nb的Ti2AlNb基合金在热处理过程中的相结构与相转变,得到了该合金的相转变温度、相比例和各相的成分等重要信息,将材料热力学中的亚晶格模型和第一性原理总能计算相结合,对Ti2AlNb基合金中的主要组成相—O相(有序正交相)中的合金元素在各个亚晶格上的占位分数和有序化行为进行了深入研究,表明O相的有序-无序转变属于具有连续变化特征的二级相变,预测结果与现有实验结果相当吻合。

Ti2AlNb基合金（B2+O）相区多向锻造微观组织

通过多向锻造工艺制备Ti2AlNb基合金(B2+O)相区内800℃不同变形道次的试样,水冷冷却后切取中心部位样品,利用电子背散射衍射和X射线衍射技术,分析多向锻造道次对Ti2AlNb钛合金组织演变的影响。结果表明,Ti2AlNb基合金经(B2+O)相区多向锻造变形后获得显著细化的等轴组织,但随着变形道次增加,晶粒尺寸快速降低后趋于平稳,同时变形促进小角度晶界向大角度晶界发生转化;变形后合金相组成主要为B2+O,以及部分残留α2相,相比初始组织α2相减少、O相增多;变形后微观应变和位错密度大幅增加,在动态回复作用下,随着锻造道次增加,微观应变增幅逐渐减小,位错密度略有减小。

Ti_2AlNb基合金的计算机模拟研究进展

简述了目前金属和合金计算机模拟研究中采用的相图计算技术,第一原理方法和埋入原子势方法,并给出了这些方法应用于Ti2AlNb基合金研究中所取得的一些成果。

Ti_2AlNb基合金薄壁构件热成形工艺研究

为研究Ti2ALNb基合金薄板的工程化应用,对轻质耐高温材料Ti2AlNb基合金冷轧薄板进行了冷成形、热成形和热处理实验研究,获得了该合金的热成形、热处理性能及优选的工艺参数,并进行了该合金带翻边薄壁锥筒的热成形工艺试验.结果表明:Ti2AlNb合金薄板在900℃下保温2 h后空冷可实现筒形件的热校形获得稳定外形;在不低于850℃条件下可实现带翻边焊接筒体件的热成形,并且在同一次热循环过程中可实现零件的热处理,获得尺寸精度及组织性能都能满足要求的大尺寸工程零件.

Ti_2AlNb基合金固态扩散连接工艺

采用真空热压扩散工艺,进行Ti2AlNb基合金的固态扩散连接,利用扫描电子显微镜及拉伸试验,对连接界面进行了组织和性能分析。结果表明:Ti2Al Nb基合金扩散连接对连接温度十分敏感,当温度为950℃时,合金的抗强度最大且拉伸断口由大量等轴状韧窝组成,具有典型的韧性断裂特征;增大连接压力有利于界面冶金结合,但实际中希望压力尽可能小;保温时间决定扩散层深度,当保温时间为120 min时,扩散层深度约为2μm,连接面实现了良好的冶金结合。通过实验确定了较佳连接工艺规范为温度950℃,压力10~15 MPa,时间120 min。

Ti_(2)AlNb基合金切削力有限元仿真

为研究新型材料Ti_(2)AlNb基合金的加工性能,采用ABAQUS/Explicit建立二维正交模型模拟切削加工过程。通过单因素试验和正交试验,研究切削速度、切削深度和刀具前角对Ti_(2)AlNb基合金切削过程中切削力的影响规律。结果表明,切削力与切削速度、切削深度呈正相关,与刀具前角呈负相关。同时,分析得到各切削要素对其影响程度及最优切削参数组合,为研究Ti_(2)AlNb基合金切削性能提供了思路。

表面制备SiO_2涂层的Ti_2AlNb基合金高温氧化激活能研究

利用溶胶-凝胶法在Ti2AlNb基合金表面制备非晶SiO2涂层,测定了涂层样品和空白样品在800℃和900℃下空气氧化增重动力学数据,通过线性拟合获取试样在不同温度下的氧化速率常数。根据氧化速率常数的Arrhenius关系,计算试样在800℃和900℃高温环境中的氧化激活能。结果表明,涂层样品较空白样品的氧化速率常数降低,氧化激活能升高。