高Nb-TiAl合金热处理过程中的组织演化

目的分析热处理过程中高Nb-TiAl合金显微组织的演化规律,为高Nb-TiAl合金的应用提供理论指导。方法采用真空非自耗电弧熔炼Ti-46Al-8Nb-xN(x=0.7,1.4)合金铸锭,在α+γ两相区对合金进行固溶水淬,然后对合金进行不同时间的时效处理。运用OM,SEM等方法对合金的组织进行分析。结果与结论随着热处理时间的增加,合金组织片层团均有逐渐粗化现象,且存在一次析出物Ti_2AlN的聚集现象。当热处理时间达到12 h后,在1.4N合金中有二次析出物Ti_3AlN产生。     

高Nb-TiAl合金连续升温过程的组织演变

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、差热分析仪(DSC)和热膨胀仪(DIL)等研究高Nb-TiAl合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.2B-0.02Y,摩尔分数,%)在连续升温过程中的相变行为与显微组织演变。结果表明:高Nb-TiAl合金在升温过程中存在2个相变过程,1有序α2相→无序α相转变,2四方γ相→α相扩散型转变;在α2相→α相转变结束后,γ相→α相转变开始前,显微组织的近片层团尺寸随温度升高而减小,板条间距随温度升高而增大;随着温度的逐渐升高,γ相在母相α相的晶界、边界处逐渐消失。     

铸造高铌TiAl合金双态组织转变过程

通过对Ti-46Al-8Nb-2Mn-0.2B合金的铸态组织和经过a γ双相区热处理后的组织进行光学和扫描电镜进行观察,发现原始铸态组织的γ相偏析处不是片层的晶界,而是片层穿越的区域.由于γ相偏析区域的Al含量比片层基体高,因此阻碍了后续回火过程中该偏析部位片层的分解.通过先得到近γ组织,然后经过a γ双相区保温,最终得到晶粒为40μm的双态组织;但组织中有少量的β相没有得到消除.     

Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd 合金的微观组织和拉伸性能

针对变形量达86%的锻造Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd(原子分数,%)合金,对其进行热处理获得近层片组织,研究变形合金及其近层片组织的微观组织特征,并进行了室温、700℃和800℃拉伸实验.组织观察发现,近层片组织由层片团、分布于层片团界的β相以及弥散分布于基体的椭圆状Gd析出物组成.层片团的平均尺寸为40μm,层片组织、β相和Gd析出物的体积分数分别为93.73%、5.25%和1.02%.拉伸结果显示,室温下合金试样的平均抗拉强度为865MPa,平均延伸率可达4.17%,700℃时其平均抗拉强度和延伸率分别为643MPa和22%.Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd合金不仅具有与高β相TiAl合金相当的塑性变形能力,且室温塑性也得到显著提高,这主要归因于β相体积分数的下降和Gd化合物对微观组织室温塑性的贡献.     

VAR熔炼TiAl铸锭的成分分布及显微偏析

 采用XRD、SEM和化学成分分析等方法,分析了VAR二次熔炼获得的Ti-46Al-2Cr-2Nb铸锭的成分分布、微观组织及显微偏析,研究了其形成的规律。结果表明,沿铸锭径向,Al元素在R/2处质量分数最高,边缘及中心质量分数较低,Cr元素由边缘向中心质量分数逐渐增多,Nb元素从铸锭边缘到中心质量分数逐渐减少;沿铸锭轴向,Al元素自底部到顶部质量分数逐渐降低,Cr元素分布遵循正偏析元素规律,Nb元素偏析规律与Al元素相似。铸锭大部分区域为由α₂+γ片层团及晶界处少量等轴状γ相组成的近全片层组织,在铸锭中心偏上的区域存在由(α₂+γ)片层团组成的全片层结构。铸锭中显微偏析主要存在于片层团交界处,其中Cr元素的显微偏析比较严重。     

稀土Ce对Al-5Ti-0.5Mg-0.15Gd合金微观组织和细化行为的影响

研究了稀土Ce添加量对Al-5Ti-0.5Mg-0.15Gd中间合金微观组织和细化行为的影响,结果表明:Al-5Ti-0.5Mg-0.15Gd中间合金基体上分布着条状的TiAl_3相,径向尺寸为10-200μm,轴向尺寸为30-40μm;当Ce加入量为0.5%时,Al-5Ti-0.5Mg-0.15Gd中的TiAl_3相尺寸明显降低,并随着Ce含量增加,TiAl_3相尺寸进一步降低,当Ce加入量增至1.5%时,细化剂中的TiAl_3颗粒相变得更加细小,并在轴向上发生离断;与Al-5Ti相比,Al-5Ti-0.5Mg-0.15Gd-1.5Ce对Al-7Si合金的α-Al细化更显著,并对合金中的共晶硅也有细化作用.     

高性能碱土耐热镁合金的显微组织和蠕变性能

利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)系统研究了碱土元素Sr和Ca加入Mg-4Al基合金后的显微组织,并测试了其抗蠕变性能. 实验合金的铸态组织均由α-Mg和沿枝晶界分布的第二相组成. 2% Sr加入基体合金中能观察到沿晶界的离异共晶和层片共晶Al4Sr相及块状三元τ相. 2% Ca的加入则形成了晶界层片Mg2Ca共晶和晶内的Al2Ca颗粒. 而在Mg-4Al-2Sr-1Ca中,晶界相为块状τ相和层片状Mg2Ca共晶,晶内也析出Al2Ca颗粒. 在Mg-4Al-2Sr-1Ca基础上提高Al含量,粗大不规则共晶(Mg,Al)2Ca相在晶界处形成并不断增多,Mg2Ca及τ相逐渐减少,当Al含量到7%时,出现了新的细小层片状Al4Sr相. Sr、Ca元素加入Mg-Al合金,改善了合金的抗蠕变性能,其中Mg-5Al-2Sr-1Ca和Mg-6Al-2Sr-1Ca合金显示所有实验合金中最好的蠕变抗力. 根据Power-law公式,在175 ℃/50～80 Mpa和70 Mpa/150～200 ℃蠕变下,Mg-4Al-2Sr合金在较低应力(＜60 Mpa)下蠕变表现为扩散控制的位错攀移机制,而在高应力下出现Power-law公式的失效;Mg-4Al-2Sr-1Ca合金蠕变则受到了扩散控制的位错机制和晶界滑移机制的共同作用.     

金属Sc对Ti-6Al-4V合金组织演变与性能的影响

采用真空电弧熔炼技术制备了含Sc(质量分数)为0,0.1%,0.3%,0.5%的4种Ti-6Al-4V合金,并利用X射线衍射技术、光学金相显微镜和SHIMADZU HMV硬度计对铸态合金的相组成、等温退火后进行淬火的合金的显微组织和显微硬度进行研究.研究结果表明:在合金的铸态组织中存在大量的类魏氏组织,添加金属Sc减小了魏氏组织的含量与尺寸;经过等温退火及淬火处理后,在合金组织中存在细针状的马氏体组织和少量的类魏氏体组织,同时,随着退火温度的降低,组织中针状马氏体尺寸减小,金属Sc对合金组织起明显的细化作用;在铸态合金中存在的相为Ti3Al,添加金属Sc使α-Ti在低角度的衍射峰强度变弱,在高角度的衍射峰强度变强;添加金属Sc导致Ti-6Al-4V合金片层组织的显微硬度大幅度提高,当Sc含量在0.1%～0.3%时,其显微硬度最适宜;退火态合金的显微硬度比铸态合金的显微硬度提高了很多;金属Sc对α-Ti的固溶强化效果最明显.     

MA-SPS制备超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能

以机械合金化+放电等离子烧结(MA-SPS)制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象,研究了合金在模拟体液(SBF)中的摩擦磨损性能,并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的Ti-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti-6Al-4V(TC4)合金进行了对比.结果表明:采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金,合金由β相及少量α相组成,平均晶粒尺寸为1.5μm,显微硬度为448 HV;在相同摩擦磨损条件下,超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金,具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的磨损机制为磨粒磨损,而微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态纯Ti及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损.     

Al-Ti-C-B中间合金对高铝锌基合金组织和性能的影响

研究了Al-6.53Ti-0.3C-0.46B中间合金（Ti:C＞4:1）对高铝锌基合金的组织和性能的影响,结果表明,加入适量的中间合金可显著细化合金的显微组织,初生富铝α相从粗大的树枝晶转变为细小均匀等轴晶,等轴晶尺寸30~50 μm。砂型铸造条件下,合金的伸长率从1.7%提高到10.0%,拉伸强度在410 MPa左右。金属型铸造条件下, 合金的伸长率从1.0%提高到16.0%,拉伸强度约407 MPa。尽管组织显著细化,但拉伸强度并没有显著增加。高铝锌基合金组织细化的机理主要通过加入Al-Ti-C-B中间合金增加了异质形核质点。     

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.     

热处理对TiAl基合金的组织结构和室温力学性能的影响

本研究采用非自耗电弧熔炼制备了以2.0wt%Mn为添加元素,Al/Ti比分别为32/68、33/67、34/66和35/65的四个系列TiAl基合金。探讨了不同条件的热处理和热等静压(HIP)对显微组织结构和室温延性、强度的影响,得出以下结论:(1)随Al/Ti从32/68增加至35/65,合金最终组织中块状单相晶粒含量增多,片层组织减少,Ti_3Al(α_2)相对含量减少。合金的延性、强度值在Al/Ti比为34/66时达到最高值。(2)在高温下,压力对相平衡有显著的影响。当压力为1500atm时,对于合金Ti-34Al-2Mn(wt%),其α/(α γ)转变温度可降至1150～1200℃之间。(3)具有(γ α_2)片层结构晶粒和γ单相晶粒组成的双态组织的合金有较高的延性。     

超声制备Al-5Ti-1B中间合金中TiB2粒子尺寸分布及其晶粒细化性能

在连续高能超声作用下,制备出一种新型的Al-5Ti-1B中间合金,研究了该中间合金的微观组织、形核相TiB2粒子尺寸分布以及它对工业纯铝的晶粒细化效果.结果表明,与常规制备方法相比,在4 min连续高能超声振动作用下,可使Al熔体对混合氟盐的吸收率达到100%,大大缩短了制备反应时间.Al-5Ti-1B中间合金中,TiAl3相呈现10~20μm小团块状;TiB2粒子为规则多边状,并有清晰的外形轮廓,呈松散聚集团状分布;TiB2粒子的平均尺寸以及尺寸跨度大大降低,分别为646.9 nm、1.2μm.该中间合金的优良组织特性显著提高了其晶粒细化性能,用此中间合金可将工业纯铝的铸态晶粒尺寸细化至45μm.     

Al-Ti-C-B中问合金对高铝锌基合金组织和性能的影响

研究了A1-6．53Ti-0．3C-0．46B中间合金（Ti：C〉4：1）对高铝锌基合金的组织和性能的影响,结果表明,加入适量的中间合金可显著细化合金的显微组织,初生富铝Or．相从粗大的树枝晶转变为细小均匀等轴晶,等轴晶尺寸30-50μm。砂型铸造条件下,合金的伸长率从1．7％提高到10．O％,拉伸强度在410MPa左右。金属型铸造条件下,合金的伸长率从1．0％提高到16．O％,拉伸强度约407MPa。尽管组织显著细化,但拉伸强度并没有显著增加。高铝锌基合金组织细化的机理主要通过加入A1．Ti-C,B中间合金增加了异质形核质点。     

真空吸铸成型TiAl基合金组织演化

采用真空铜模吸铸技术制备了Ti-52Al-2Cr-2Nb合金棒状铸件(Φ6 mm×80 mm),借助光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪,分析了不同凝固条件下的显微组织形貌和相组成。分析结果表明:铸态Ti-52Al-2Cr-2Nb合金是以α相为初生相、γ相为包晶相的包晶凝固合金。与铸态凝固组织相比,真空吸铸凝固组织明显细化,且不同区域的组织特征存在明显差异。从表面急冷区至糊状区,可以依次观察到块状γ相(γm,表面急冷区)、α相枝晶(定向生长区)以及胞状枝晶(糊状区)。块状γ相的形成归因于冷却速率的提高,这表明高的冷却速率能够提供足够的驱动力,促进块状γ相晶胚的形核。     

不同锤锻方式下Ti--6 Al--4 V合金组织及取向演变

利用扫描电镜和背散射衍射技术研究了Ti-6Al-4V合金在不同锤锻变形方式下的组织与取向变化。结果显示：随着镦拔变形次数的增加,Ti-6Al-4V合金中α相及β相组织均趋于均匀,而且两相的取向聚集越不明显;进一步热处理后,锻造过程中形变储存能得到释放,在释放过程中两相也会发生一定的倾转,轴向三次镦拔或者换向三次镦拔对组织均匀性改善明显。综合分析发现,密排六方结构的α相的取向分布对变形方式较敏感：原始棒材以及一次镦拔时,合金中α相的取向{0001}基面织构占了很大部分;随着镦拔次数增多,形变能增加,虽然{0001}基面滑移被抑制,但是{1010}、{1120}等柱面滑移以及{0111}、{1123}等锥面滑移得以开动,大幅地增加了取向的种类,进而降低了取向的集中性,使得取向更趋均匀化。     

放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织及力学性能

以Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺制备出TiAl基合金,并研究了制备工艺、显微组织与室温力学性能三者的关系.结果表明,采用放电等离子烧结方法可制备出致密度高、组织均匀的TiAl基合金.烧结温度对合金的显微组织影响显著,且其室温力学性能与显微组织密切相关,显微组织越细小,室温强度和塑性越高.当烧结温度为1100℃时,制备出的TiAl-V-Cr合金显微组织类型为细小双态组织,具有35.2%的压缩率和3321MPa的断裂强度,显示出较好的室温压缩性能.     

Ti-6Al-4V合金的加温辅助滚压及微动磨损性能

采用加温辅助滚压(WAB)工艺对Ti-6Al-4V合金表面进行了改性处理.通过扫描电子显微镜、BMT.3D表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和VHX-600E超景深三维显微镜对改性表面进行了表征.然后在SRVⅣ微动磨损试验机上考察了未处理样、常温滚压(BU)处理样以及WAB处理样在干摩擦状态下的摩擦磨损性能.结果表明:WAB处理可以显著降低Ti-6Al-4V合金的表面粗糙度,并在合金表面生成一层较厚的硬化层;与BU处理样以及未处理样相比,WAB处理样的摩擦系数和磨损量最小;未处理样的磨损形式为粘着磨损,同时伴随轻微的塑性变形,BU处理样和WAB处理样的磨损形式为磨粒磨损,并伴随轻微疲劳剥落.由此可知,WAB工艺可以较大幅度地提高Ti-6Al-4V合金的抗微动磨损性能.     

1123 K燃气环境中钛铝合金的氧化特征研究

研究了金属间化合物-γTiAl基合金:Ti-48Al-2Cr-2Nb在1 123 K燃气环境中的高温氧化特征.检测了该合金在上述氧化条件下循环氧化总计1 080 ks(300 h,15次循环)的氧化增重情况,并对其氧化层的组成和结构用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行了分析和观测.研究发现:Ti-48Al-2Cr-2Nb在1 123 K燃气环境中具有优异的抗氧化能力,经历1 080 ks循环氧化后试样的氧化增重小于0.01 kg.m-2,而且其氧化动力学曲线近似符合抛物线氧化增重规律.对其氧化层结构的分析和检测表明:氧化层完整致密,无剥落现象发生.研究认为,Ti-48Al-2Cr-2Nb在1 123 K燃气环境中所表现的较强抗氧化能力主要是合金元素Cr和Nb的添加以及外在氧化条件的影响.其中大量合金元素的存在有效地促进了保护性Al2O3氧化层的形成,有利于氧影响层的稳定存在,并阻止了该合金内氧化的发生.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织与室温变形行为的相关性

应用压缩实验研究置氢Ti-6Al-4V合金的室温力学行为,采用OM、SEM分析了氢对钛合金组织的影响和断口形貌特征,探讨了置氢钛合金组织和室温变形行为之间的相关性.结果表明:氢的固溶强化作用使置氢Ti-6Al-4V合金硬化效应增加,但适量的氢可以显著降低其压缩屈服强度和弹性模量,且断裂时发生的变形量增加,此时合金组织为á a的双态组织,当合金中产生粗大的a晶粒时,断裂时发生的变形量显著降低;氢的加入促进了合金中斜方马氏体á″的生成;置氢Ti-6Al-4V合金的室温压缩断口为延性沿晶断裂或脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合断口.