β型γ-TiAl合金热变形过程中组织演化及动态再结晶行为研究现状

TiAl合金以其低密度、高比强和良好的抗蠕变性等优点,已在航空发动机上获得应用.先进的 β 型γ-TiAl合金通过引入一定量的β/B2相,显著改善了合金的热加工能力,该类合金更适合热机械加工.对β型 γ-TiAl合金热机械加工过程中的组织演化和变形行为形成完整的认识是制定和优化热加工工艺的前提.综述了β型γ-TiAl合...     

γ-TiAl薄板的现状及成形技术

γ-TiAl合金具有密度低、高温强度高、弹性模量高、抗氧化、阻燃等特性,因此,有可能取代飞机发动机部件中较重的高温合金.γ-TiAl的研究始于20世纪50年代,在过去20年里,γ-TiAl的研究得到了重大发展,现在已可以生产γ-TiAl铸锭、锻件、挤压件和薄板材.     

裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边界裂纹和中心裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了裂纹位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了裂纹位置对裂纹扩展的影响。研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。     

γ-TiAl基合金机械性能的研究发展

对国内外基于办学模型的γ-TiAl合金的弹性和塑性性能与其微结构的关系的研究进展进行了详细的论述.同时,概述了作者运用细观力学的方法对TiAl合金的弹性和塑性性能的主要研究工作,指出γ-TiAl合金的研究和发展方向.     

γ-TiAl金属间化合物表面改性技术研究现状

γ-TiAl基金属间化合物具有良好的高温力学性能,密度仅为目前广泛应用的镍基高温合金的1/2左右,因而是很有应用前景的航空材料.γ-TiAl的主要弱点之一是抗高温氧化能力差,特别是在800℃以上,氧化更为严重.此外,γ-TiAl的硬度较低,摩擦学性能较差.解决这些问题的有效途径是表面改性处理.介绍了目前针对γ-TiAl的表面改性技术研究现状,结合改性效果及机理评述了各类技术的优势与局限.     

全片层γ-TiAl基合金屈服应力的微结构尺度效应

本文基于多位错塞积模型,研究了γ-TiAl基全片层组织合金的屈服应力与微观结构多尺度的关系,给出了全片层γ-TiAl基合金屈服应力的解析计算公式.重点分析了合金中PST颗粒片层界面强度τλc、晶界强度τdc、片层厚度λ及PST颗粒大小尺度d对合金屈服应力大小的影响.     

γ-TiAl合金的研究与开发

γ-TiAl及其合金的科学研究追溯于20世纪50年代中期,一些相关的技术开发工作到20世纪70年代相继涌现.自1980年以来,γ-TiAl系列合金相继取得了专利产权,合金的成分越来越复杂,合金化强度越来越高.Y-W.kim和D.M.dimiduk根据此类合金的成分变化及力学性能改善等特征对这些合金做了分类,大致分成3代,见表1.……     

γ-TiAl合金涂层防护的最新研究进展

基于γ-TiAl的钛铝合金己证实可以满足汽车内燃机和航空发动机的需求。目前钛铝合金己用于小型汽车系列。但是，γ-TiAl用于航空发动机，如作为高压压缩机或低压涡轮机翼存在的风险和成本问题，却高于现有发动机所允许的范围，这样阻碍了合金在航空发动机方面的应用。然而，钛铝合金的发展潜力却是无可置疑的，因此推动了世界范围的研发活动。最新的研究进展表明与γ-TiAl航空发动机部件相关的问题可能可以解决，因此在不远的将来，航空发动机很可能安装γ-TiAl部件。     

孔洞对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响

采用分子动力学方法研究了孔洞尺寸、数量以及位置对含Nb单晶γ-TiAl合金力学性能的影响,分析了材料内部的微观缺陷演化及其与材料力学性能之间的关系。结果表明:Nb元素的加入提高了单晶γ-TiAl合金的屈服强度和弹性模量;随孔洞尺寸和数量的增加,含Nb单晶γ-TiAl合金的屈服强度依次减小,这主要是因为孔洞在拉伸过程中充当位错源的作用,它为位错的形核和发射提供了条件;多个孔洞平行于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最大,垂直于拉伸方向分布时,材料的屈服应力最小,最容易导致材料失效。     

挤压开坯γ-TiAl合金的热变形行为研究

采用Gleeble-1500试验机对经过挤压比为12开坯后的γ-TiAl合金在温度为900～1100℃、应变速率为0.01～1s<'-1>、变形量为70%等温恒应变速率下的热变形行为进行了研究,获得了变形条件范围内的流变应力数据,并利用Ze-ner-Hollomn参数和Arrhenius方程得出γ-TiAl合金的本构方...     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

高铌TiAl高温合金的研究现状与展望

高铌TiAl高温合金是一种具有发展前途的新一代高温结构材料,合金化元素铌的添加能够显著提高γ-TiAl合金的工程应用.文章首先综述了高铌TiAl合金的性能特点和应用前景,并简单介绍了该合金的最新基础研究情况,随后介绍了制备高铌TiAl合金的基本工艺.最后论述了国内外高铌TiAl高温合金的发展历史和趋势.     

单晶γ-TiAl合金微观滑移机制的研究

针对单晶γ-TiAl合金微观滑移机制方面研究的不足,建立了单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时晶体滑移几何模型,根据几何模型中各夹角之间的几何关系和由Weiss晶带法则给出的滑移方向,计算出了单滑移系中各个滑移方向上的Schmid因子;通过对比计算结果发现在设定条件下晶体更易产生滑移的方向为(001)[01-1]和(11-1)[110];在由主滑移系和交滑移系组成的双滑移系同时开动时,计算出了临界外加拉伸应变为0.633;通过数值模拟验证了所给出的单晶γ-TiAl合金单轴拉伸时的微观滑移机制的正确性。     

基于第一性原理研究H2O分子在双相TiAl合金表面的吸附行为

为研究电场作用对H2O分子在γ-TiAl和α2-Ti3Al表面的吸附行为影响,采用第一性原理方法对H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面不同吸附位置的吸附能、态密度、几何结构、电荷布局进行分析。结果发现,H2O分子在γ-TiAl（111）和α2-Ti3Al（0001）表面上的top Ti位置吸附最为稳定,但电场更容易促进H2O分子与α2-Ti3Al（0001）表面的相互作用,即α2-Ti3Al更易与H2O分子发生反应,从而优先形成Ti的致密氧化膜,致使α2-Ti3Al被保护。探究γ-TiAl和α2-Ti3Al单相具有相同溶解速度的条件,对提升双相（γ-TiAl和α2-Ti3Al相）TiAl合金电解加工表面质量具有十分重要的意义。     

5d过渡金属掺杂γ-TiAl合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,系统地研究了5d过渡金属在γ-TiAl合金中的占位及占位方式,获得了过渡金属掺杂合金体系的形成能、几何结构、电子结构及电荷布居值等参数.结果表明:5d过渡金属元素Hf、Ta和W优先占据γ-TiAl合金中的Ti位;Os、Ir、Pt、Au等优先占据Al位;Re则既有占据Ti位的可能,也有占据Al位的可能,但占据Al位的趋势略大.通过对不同元素掺杂体系的能带结构、态密度和电荷布居值的计算和分析,进一步验证了不同过渡金属元素在TiAl合金中的占位规律,解释了5d过渡金属掺杂对TiAl合金体系结构和性能的影响.     

铌对单晶γ-TiAl合金裂纹扩展影响的分子动力学模拟

为了研究微观尺度下铌元素对单晶γ-TiAl裂纹扩展过程的影响,运用分子动力学方法,建立γ-TiAl合金的晶体结构模型,模拟边缘裂纹扩展的过程,得到了裂纹扩展的轨迹图和能量演变图,分析了铌元素对γ-TiAl能量和应力-应变关系的影响,进而揭示了铌元素对裂纹扩展的影响。研究结果表明:加入铌元素后,在相同的应变率条件下,试件的断裂时间延长,能量变化曲线有两个波峰并且出现明显的上下波动的现象;随着应变增加,应力先增大后逐渐减小;裂纹扩展缓慢,形成的断面不平滑,而且裂纹扩展的形态也发生变化。     

Zr替位掺杂γ-TiAl的稳定性和热学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了γ-TiAl和过渡金属Zr替位掺杂γ-TiAl形成的Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系的几何结构、总能量、结合能、声子谱和热学参量。通过对几何结构和结合能的计算分析揭示Zr替位掺杂γ-TiAl能够改善材料的稳定性和延性。能带结构和态密度表明Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系具有金属导电性。计算的声子谱显示Ti7ZrAl8体系具有很好的稳定性。计算结果显示Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系均具有较大而且稳定的高温热容量和热导率,比γ-TiAl有显著的改善。Ti8Al7Zr和Ti7ZrAl8体系的较大的热容量和热导率都有利于γ-TiAl基合金的技术应用。     

轻质高温结构材料--γ-TiAl基合金的研究动向

γ-TiAl基合金被认为是非常有前途的新型轻质高温结构材料,在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景.简要介绍了γ-TiAl基合金的研究概况,并从高铌合金化、复合化、纳米化等方面着重阐述了其今后的发展趋势.     

Nb和Cr双掺杂γ-TiAl基合金的结构和延性研究

γ-TiAl基合金是一种轻质耐高温材料,具有广阔的应用前景。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了Nb或Cr单替位掺杂、Nb和Cr双替位掺杂γ-TiAl形成的合金体系的几何结构、原子平均形成能、布居数、电荷分布和弹性常数等。通过对形成能的计算分析,揭示Nb始终倾向于替代Ti原子,Cr的替代趋向则不明显。4个双掺杂体系均具有负的形成能,显示其结构的稳定性和易于实验制备的优势。通过晶胞轴比、弹性模量比和布居数计算与分析,发现Nb和Cr双掺杂对于改善合金体系的延性具有重要作用,预测Ti7NbAl7Cr和Ti7CrAl7Nb体系对于改善延性有较好的综合效果,且前者更为突出,揭示了实验探索的方向。     

4d过渡金属替位掺杂γ-TiAl基合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了4d过渡金属X在γ-TiAl中替位掺杂形成的Ti7XAl8和Ti8Al7X体系的几何结构、总能量和弹性常数。对系统总能量、形成能的计算结果揭示Tc、Ru、Mo和Nb替代Al原子(或Ti原子),Rh和Pd替代Al原子掺杂体系比纯γ-TiAl体系更稳定,有利于制备γ-TiAl基合金。分析Ti7XAl8和Ti8Al7X体系的轴比c/a发现,4d过渡金属元素Y、Zr、Tc、Ru、Rh、Mo和Nb替代Al,Y、Ag、Rh和Pd替代Ti均能明显改善γ-TiAl基合金的延性。对弹性模量比的研究表明,Y、Zr、Tc、Ag、Ru、Rh、Pd、Mo和Nb替代Al原子掺杂有利于改善γ-TiAl基合金的韧性。综合分析确认,Mo和Nb易于添加到γ-TiAl基合金中并且有利于改善材料的延性和韧性。这一结论能够与他人的实验研究结果相互佐证。