TiAl基合金晶粒细化重要影响因素研究进展

目的 TiAl基合金密度小,高温下具有很高强度以及很好抗蠕变性和抗氧化性,但是其属于金属间化合物型合金,晶粒细化有助于提高它的塑性和韧性。总结TiAl基合金在晶粒细化方面的研究进展,为TiAl基合金的进一步研究提供参考。方法在参考国内外近40篇文献的基础上,仔细研究有关TiAl基合金晶粒细化的实验方法、结果及分析,最后进行综合归纳和总结。结果从添加合金元素、粉末冶金、热处理、热机械加工、氢化处理等方面,对于TiAl基合金组织细化研究进展进行了简要总结;尽管各种工艺的机理有所不同,但是均能实现TiAl基合金组织细化,有助于改进TiAl基合金材料的相关性能。结论在已有研究的基础上,晶粒细化对TiAl合金焊接接头综合性能的改善研究有待进一步深化和加强。     

应变率对等温锻造TiAl基合金脆韧转变特性的影响

文章对等温锻造近片层Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.4(W+Mo)(NL TiAl)合金在不同温度和应变率下实施了准静态拉伸力学性能测试,并对其力学性能和脆韧转变特性的应变率相关性进行了研究,结果表明,随着应变率的提高,脆韧转变温度(BDTT)随之上升;对1×10-3s-1不同温度变形后的试件进行了断口SEM分析和TEM分析,结果表明,随温度的不断上升,NL TiAl的断口形貌由穿晶断裂到沿晶断裂最终演化为塑性断裂,BDTT以下NL TiAl的主要变形机制为孪生机制,而BDTT以上其主要变形机制为位错机制。     

过时效态Al-Zn-Mg-Cu合金断裂韧性与显微组织分析

采用室温拉伸、断裂韧性测试、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段研究Al-Zn-Mg-Cu合金在不同过时效状态下的力学性能和断裂行为,探讨合金断裂韧性与屈服强度的关系,分析组织中的析出相特征对合金断裂韧性的影响机理。研究结果表明:在双级过时效态下,Al-Zn-Mg-Cu合金断裂韧性与屈服强度近似呈反比关系;随着一级和二级时效时间延长,晶内析出相和晶界析出相的尺寸逐渐增大,晶内和晶界强度差异减小,断口形貌显示穿晶断裂比例增加;加工硬化指数提高,合金变形均匀性增加,合金断裂韧性提高。     

Mn对L_(10)-TiAl金属间化合物延性的改善作用

本研究测定了64wt-％ Ti+(36-X)wt-％ Al+Xwt-％Mn(X=0,0.5,1.0,1.5,2.0)合金系列的抗弯性能,实验结果表明:适量的Mn可以显著地改善TiAl金属间化合的的延性。本文从合金组织、晶体结构及位错组态的变化出发,探讨了Mn的作用机制,得出了如下结论:a.Mn的加入使TiAl合金的晶粒显著细化,减少位错在晶内的塞积长度,从而较难造成裂纹形核所需的应力集中,同时裂纹在位向不同的晶粒内传播也更困难,使合金在断裂前可承受较大的变形。b.TiAl合金的晶格常数轴比(c/a)随Mn含量的增加而趋近于1,提高了晶体的对称性和变形协调性。c.Mn具有稳定TiAl合金中孪晶组织的作用,使TiAl合金的孪生变形较为容易,从而,当正常位错发生缠结、不能对塑性变形进一步作出贡献时,孪生变形将起着主要作用。d.与TiAl二元合金相比,变形后的TiAl+Mn三元合金中,层错明显增多,这表明超位错的运动对TiAl+Mn合金的塑性变形也起着重要的作用。     

硼元素对TiAl基合金凝固组织的影响

实验采用真空水冷铜坩埚非自耗真空钨极电弧熔炼炉制备Ti-45Al-xB合金,对比研究了B元素对TiAl基合金凝固组织的影响.结果表明硼元素对TiAl基合金凝固组织具有细化作用,硼含量在0到0.6%范围内时,随着硼含量的增加,合金凝固组织细化程度增加,而与Ti45Al0.6B合金相比,Ti45Al0.8B合金的凝固组织出现粗化现象;相较于二元TiAl合金,硼的添加使合金的片层间距减小;但硼含量为0.4%～0.8%时,随着硼含量的增加,片层间距缓慢增加.硼含量在0～0.8%时,硼元素对Ti45Al合金的作用机理主要包括TiB2对固相生长的阻碍作用以及TiB2的辅助形核作用.     

TiAl基合金双态组织原位拉伸-卸载试验研究

通过对TiAl基合金不同类型的缺口试样进行原位拉伸-卸载实验及其SEM断裂表面观察,研究了TiAl基合金的断裂机理.研究发现,对于缺口试样,裂纹起裂于缺口根部,其断裂过程主要是主裂纹首先起裂、扩展并最后断裂.对于双态组织,由于晶粒尺寸小,应力集中出现在缺口根部,裂纹沿晶粒边界和层间起裂并扩展,裂纹路径比较平直.在拉伸过程中,试样产生微裂纹导致材料发生损伤,随后卸载再加载时,与先前相比,裂纹更易扩展.预损伤加快了裂纹的产生和扩展,使损伤进一步加重,促使材料抵抗裂纹产生、扩展的能力下降.     

全层状TiAl基合金断裂过程的进一步研究

通过对层状TiAl基合金进行拉伸卸载试验及拉伸试验，同时通过断口分析，研究了全层状TiAl基合金平板拉伸试验的断裂过程．结合宏观试验结果与断口分析发现，随着预损伤程度的增加，裂纹面密度增大；平板拉伸直接断裂试样的断裂过程与拉伸一卸载后拉断试样的断裂过程一致，单位面积断裂功基本不变．这说明预损伤并不影响这种材料的断裂过程和最终的断裂性能．     

添加钨和稀土元素对TiAl合金性能的影响

采用机械合金化结合粉末冶金技术制备Ti-44.7Al、Ti-44.7Al-xW、Ti-44.7Al-xLa-yCe合金材料,采用透射电镜和金相显微镜研究不同W、La、Ce添加量对机械合金化TiAl基合金的显微组织的影响,并对合金的力学性能进行测试.研究表明,在不添加任何元素时TiAl合金颗粒的平均尺寸为30～60 μm,但添加微量稀土元素La、Ce对TiAl基合金的细化作用非常明显,其平均尺寸为20 μm;通过机械合金化在TiAl基合金系统中添加微量W元素会形成新的固溶体相,这种新成分相大大提高TiAl基合金的抗弯强度σb,当W添加量为1.0%时,σb达到峰值,随后随着W原子数分数的增加,抗弯强度降低;TiAl合金的抗弯强度σb开始随着稀土元素La的增加而增加,在0.5%原子数分数处达到峰值,然后强度随稀土原子数分数的继续增加而下降;而合金的强度却随添加Ce的原子数分数的增加而直线下降,同时添加W的TiAl合金的强度高于加稀土La、Ce的TiAl合金的强度.     

预变形时效对8090 Al－Li合金拉伸性能 影响的研究

用透射电镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了时效前的预变形度对8090 Al－Li合金拉伸性能的影响。结果发现,预变形为4%～5%时,Al－Li合金不但具有较高的强度,也具有良好的塑性。试样的TEM和SEM分析表明,适当的预变形之所以能使Al－Li合金获得最佳的强度和塑性的配合,除了由于预变形可促使δ′和S′相的复合析出,而使层内的强化和韧化作用加强外,也源于Al－Li合金分层断裂后层间强化韧化和层内强化韧化的协调作用的结果。     

热处理制度对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金断裂韧性的影响

本文研究了不同时效制度对Al-2.52Li-1.21Cu-0.70Mg-0.15Zr(8090型)合金断裂韧性的影响。结果表明,采用预变形加双级时效工艺可以明显地提高这种合金的断裂韧性。断裂韧性的改善与组织结构有关,即采用这种工艺增加了S′相的析出,并缩小晶界无析出带宽度,因而使变形较为均匀,减少沿晶低能断裂倾向。依据组织观察结果,讨论了时效制度、显微组织和断裂韧性之间的关系。     

核壳胶粒增韧改性聚丙烯研究3. 冲击断裂行为和增韧机理

用扫描电子显微方法研究了核壳胶粒与聚丙烯 ( PP)反应共混物试样的冲击断裂行为 .通过对冲击断裂表面分区显微分析 ,揭示了冲击断裂的断面形态和形变特征 .结合冲击测试实验数据和断面显微分析结果 ,对核壳胶粒增韧改性 PP的增韧机理作了探讨 .结果表明 ,PP断面上可以区别出以银纹化机理为主的脆性断裂特征和以剪切屈服为主的韧性断裂特征 ,提高试样冲击断裂韧性主要是基体聚合物的剪切屈服 ,同一断面上可以同时出现脆性断裂与韧性断裂的断裂特征 ;核壳胶粒改性 PP共混物的增韧机理是核壳橡胶粒子的空穴化和 PP基体的剪切屈服     

Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Al2O3-based micro-nanocomposite ceramic tool material

The Al2O3?(W,Ti)C composites with Ni and Mo additions varying from 0vol% to 12vol% were prepared via hot pressing sintering under 30 MPa. The microstructure was investigated via X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive spectrometry (EDS). Mechanical properties such as flexural strength, fracture toughness, and Vickers hardness were also measured. Results show that the main phases A12O3 and (W,Ti)C were detected by XRD. Compound MoNi also existed in sintered nanocom-posites. The fracture modes of the nanocomposites were both intergranular and transgranular fractures. The plastic deformation of metal particles and crack bridging were the main toughening mechanisms. The maximum flexural strength and fracture toughness were obtained for 9vol% and 12vol% additions of Ni and Mo, respectively. The hardness of the composites reduced gradually with increasing content of metals Ni and Mo.     

Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Al_2O_3-based micro-nanocomposite ceramic tool material

The Al_2O_3-(W,Ti)C composites with Ni and Mo additions varying from 0vol% to 12vol% were prepared via hot pressing sintering under 30 MPa. The microstructure was investigated via X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM) equipped with energy dispersive spectrometry(EDS). Mechanical properties such as flexural strength, fracture toughness, and Vickers hardness were also measured. Results show that the main phases A12O3 and(W,Ti)C were detected by XRD. Compound Mo Ni also existed in sintered nanocomposites. The fracture modes of the nanocomposites were both intergranular and transgranular fractures. The plastic deformation of metal particles and crack bridging were the main toughening mechanisms. The maximum flexural strength and fracture toughness were obtained for 9vol% and 12vol% additions of Ni and Mo, respectively. The hardness of the composites reduced gradually with increasing content of metals Ni and Mo.     

添加锰对TiAl金属间化合物孪生变形的影响

本文研究了L1_0型TiAl和TiAl Mn金属间化合物的室温力学特性和变形亚结构。实验结果表明:添加合金元素Mn可以促进TiAl合金中的孪生变形,从而使其室温延性得以明显改善。建立了TiAl有序结构中孪生变形的位错模型,根据该模型,阐述了TiAl合金的孪生过程及其晶体学特征,重点讨论了合金元素Mn对TiAl合金孪生变形影响的机制,指出了超位错可动性增强和层错能降低是促进孪生变形的两个重要因素。     

添加铬元素对TiAl合金室温延性和微观结构的影响

以0 wt％到5 wt％的金属铬作为第三合金元素,探讨了其对TiAl合金的室温延性和微观结构的影响。研究结果表明,适量铬的添加能够显著地改善TiAl合金的室温延性。合金中退火孪晶的量随着铬添加量的增加而明显增多;变形合金中含有大量的孪晶和层错带。这些表明,TiAl合金的堆垛层错能由于铬的添加而降低了,由此可以断定孪生变形和超位错运动对TiAl Cr合金的塑性变形作出了贡献。研究结果还表明,合金的晶粒度以及所含有的少量 Ti_3Al第二相都对其室温延性有着影响。     

二氧化锆陶瓷增韧的位错模型

建立了二氧化锆相变增韧的位错模型.在此模型的基础上,计算了裂纹扩展力和断裂韧性,并将裂纹前缘及两侧的相变粒子对韧性的贡献作了比较,同时从位错的角度出发解释了二氧化锆相变的尺寸效应。通过结果分析得出了相变时的范性形变对增韧有贡献等较有意义的结论。     

Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>-based micro-nanocomposite ceramic tool material

The Al₂O₃-(W,Ti)C composites with Ni and Mo additions varying from 0vol% to 12vol% were prepared via hot pressing sintering under 30 MPa. The microstructure was investigated via X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with energy dispersive spectrometry (EDS). Mechanical properties such as flexural strength, fracture toughness, and Vickers hardness were also measured. Results show that the main phases Al₂O₃ and (W,Ti)C were detected by XRD. Compound MoNi also existed in sintered nanocomposites. The fracture modes of the nanocomposites were both intergranular and transgranular fractures. The plastic deformation of metal particles and crack bridging were the main toughening mechanisms. The maximum flexural strength and fracture toughness were obtained for 9vol% and 12vol% additions of Ni and Mo, respectively. The hardness of the composites reduced gradually with increasing content of metals Ni and Mo.     

全层TiAl基合金断裂机理的原位拉伸研究

通过对不同缺口类型试样的SEM原位观察分析，研究了全层TiAl基合金的断裂机理．结果表明，在整个断裂过程中：1)几乎都是穿层断裂；2)出现大量的微裂纹．全层TiAl基合金裂纹的形成、扩展有沿层和穿层两种方式，断裂方式取决于拉伸轴与层片位向之间的相应关系，当拉伸轴和层片位向近似平行时，断裂行为是穿层断裂和沿晶断裂行为，断裂过程的驱动力是拉伸应力，缺口类型只影响裂纹的起裂，而对随后的断裂几乎没有影响．     

热处理对GCr15钢性能的影响

本文研究ＧＣｒ１５钢的各种热处理强韧化。通过降低淬火奥氏体化温度，控制马氏体Ｍ中含碳 量，改变Ｍ形态，减小Ｍ领域尺寸；或经高温固溶炭化物超细化予处理；或以等温淬火获得（Ｂ下 ＋Ｍ）混合组织。所有这些处理，都可使ＧＣｒ１５钢获得不同程度的强韧化，对冲击韧性、静弯强 度、压溃强度、断裂韧性、耐磨性和接触疲劳寿命都产生有利的影响。     

TiC/TiAl复合材料微观结构观察及强韧化机理分析

采用放电等离子烧结(SPS)技术，制备了质量分数为10％的TiC／TiAl复合材料，从微观结构上研究了TiC颗粒对TiAl基体材料力学性能的影响。实验结果表明：在TiC，TiAl复合材料中TiC颗粒主要分布于晶界，少量进入基体晶粒的内部，形成晶内型结构；TiC颗粒的引入细化基体晶粒的尺寸，有效地阻碍材料内部裂纹扩展，引起裂纹偏转，增加其扩展路径，改善材料的韧性，同时在晶界和晶内形成了一系列位错。位错强化与细晶强化是主要的强化机制，TiC／TiAl复合材料韧性的提高主要源于TiC粒子对裂纹的偏转。