钛铝合金薄板成形技术的发展及应用研究

介绍了TiAl基合金薄板的铸造冶金工艺、元素粉合成工艺、合金粉成形工艺及单元素箔板叠轧工艺4大类成形技术.评述了国内外TiAl基合金薄板成形技术的发展现状,以及TiAl基合金薄板在航空航天领域应用研究状况.指出TiAl基合金的研究重点已经从基础研究转向应用基础研究,其实用化研究进程正在加快.     

TiAl基合金强韧化原理及新技术的研究

采用现代测试技术,较详尽地研究了TiAl基合金工程材料的强韧化原理、新工艺和新技术。 在合金化方面,探讨了Sb、Pb、Sn和Nd的添加对TiAl基合金显微组织和室温力学性能的影响。其中,Sb具有显著改善 TiAl基合金室温力学性能和高温抗氧化能力的作用。TiAl+Sb合金室温变形时,α_2/γ层片状晶粒的γ板条内形成大量变形孪晶。TiAl+Sb合金的抗氧化性甚至优于Ti-48Al-2Cr-2Nb合金。 在晶粒细化剂的研究中,发现BN可使TiAl基合金铸态晶粒显著细化,其效果优于XD~(TM)技术中的TiB_2。 在TiAl基合金的表面化学热处理的开创性的探讨中,发现渗碳处理可有效地强化TiAl基合金表层,从而明显地提高合金的室温力学性能。多层、复杂结构的渗碳层具有良好的组织热稳定性和抗氧化性,因而使TiAl基合金抗高温长时间氧化能力得到显著改善。 较全面地探讨了TiAl基合金常规热加工和热处理的金属学原理,讨论了常规热处理对热变形TiAl基合金试样的局限性。在此研究基础上,提出了双温热处理新工艺。研究了双温热处理对TiAl基合金热变形试样的显微组织和室温拉伸性能的影响。探讨了双温热处理的金属学原理。     

稀土掺杂TiAl基合金的研究进展

稀土元素掺杂改性TiAl基合金效果明显,其在组织和层片细化、高温力学性能改善、高温抗氧化性能提高方面作用显著,同时其与传统合金化元素还可产生一定的交互作用,进一步增强改善效果。在传统粉末冶金制备稀土掺杂TiAl基合金材料的研究基础上,从组织片层结构、高温力学和抗氧化性能等角度综述了稀土掺杂改性TiAl基合金材料现阶段的研究现状,并从一些关键技术问题角度分析了未来的研究方向。     

TiAl基合金冷坩埚定向凝固研究现状与发展趋势

冷坩埚定向凝固技术基于材料电磁加工原理,将合金连续熔化、电磁约束成形和连续凝固过程统一,避免模壳法定向凝固造成的合金熔体污染,是TiAl等高活性合金高纯净定向凝固的重要方法之一。报告了TiAl基合金冷坩埚定向凝固技术的研究结果,建立了电磁场、温度场与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。通过改变冷坩埚的横截面形状,初步制备出具有定向凝固组织的TiAl基合金圆、方和扁锭,研究结果表明该方法不但适合于Ti-Al二元合金,而且施与多元多相TiAl基合金也是可行的。通过对成分和组织的控制,所研究的TiAl基合金定向凝固试样的室温拉伸塑性最高达到1.5%左右。最后指出将该方法应用于耐高温的轻质高Nb含量的γ-TiAlNb合金的定向凝固是未来的发展趋势。     

层板复合型TiAl基合金微层板的制备及组织性能研究

详细介绍了箔片热加工和电子束物理气相沉积(EB-PVD)在制备TiAl基合金微层板方面的特点及研究现状.重点讨论了EB-PVD制备TiAl基合金微层板的组织与性能,结果表明:TiA1基合金薄板的显微组织结构为非平直的柱状晶,亚结构为月牙形形貌;TiAl/Nb微层板中Nb层的显微组织形貌为粗大的等轴晶;TiAl/NiCoCrAl微层板中NiCo-CrA1层则主要由平直柱状晶结构的γ-Ni相组成.TiA1基合金微层板具有比TiAl基合金薄板更好的常高温力学性能,尤其是在750℃左右的高温环境中,TiAl/NiCoCrAl微层板的增韧效果最佳,伸长率高达72.2％;而TiAl/Nb微层板则表现出最好的高温综合性能,其高温抗拉强度高达443.1MPa,几乎与其室温时的抗拉强度持平.     

快速加热循环热处理对TiAl基合金显微组织的影响

利用Gleeble-1500热模拟机研究了快速加热循环热处理工艺对TiAl基合金显微组织的影响。结果表明：利用该工艺可以使铸态TiAl基合金的基团尺寸从约800μm细化至500μm以下，使加工态TiAl基合金的晶团尺寸从约50μm细化至20μm以下，分析了晶界与相界发生的重结晶形核与长大，提出了在快速加热条件下TiAl基合金细小α2/γ全层片组织的形成与长大机制。     

TiAl基合金的组织演变

针对TiAl基合金是显微组织控制,综述了TiAl基合金中几种常见的组织演变,着重论述了变形TiAl基合金在热处理过程中的晶粒长大及动力学分析,TiAl基合金在冷却时层状组织的形成和全层状TiAl基合金在高温时的非连续粗化这3种组织演变的研究现状和面临的问题。     

元素粉法制备TiAl基合金板材

综述了元素粉法制备TiAl基合金板材的工艺和致密化机理,分析了影响反应合成致密化的因素,介绍了板材的性能和后续处理,指出了该工艺的局限性和发展方向.     

TiAl基合金高温抗氧化性能的研究进展

TiAl基合金具有密度低、熔点高、抗蠕变性能优良、比强度和比刚度高等优点,很有希望作为新型高温结构材料而得到广泛应用.然而由于其高温抗氧化性能较低,应用受到一定限制.从合金化技术、表面改性技术和粉末冶金技术3方面讨论了改善TiAl基合金高温抗氧化性能的有效措施.     

粉末冶金TiAl金属间化合物的研究进展

从粉末制备、成形、烧结、热处理等方面综述了粉末冶金方法制备TiAl金属间化合物的最新进展.着重评述了粉末冶金TiAl基合金的几种烧结工艺,其中包括热等静压、自蔓延高温合成、粉末注射成形、放电等离子烧结等,同时论述了上述各方法的优势以及局限性,并指出了今后的研究方向.     

TiAl合金气雾化制粉及热等静压成形研究进展

概述了TiAl合金气雾化制粉及热等静压成形的主要研究成果。在TiAl合金粉末制备方面,重点介绍了气雾化制粉工艺、粉末粒度控制、粉末氧含量控制和粉末组织特征。针对热等静压技术,介绍了TiAl合金粉末热等静压致密化过程及机理,总结了采用热等静压近净成形工艺制备TiAl合金转捩片的研究成果。结合粉末冶金TiAl合金研究进展,提出了未来TiAl合金粉末制备及成形技术的发展方向。     

TiAl合金增压器涡轮研究进展

采用轻质TiAl合金代替较重的镍基高温合金制作内燃机增压器涡轮,是改善内燃机加速响应性、实现轻量化的有效技术途径之一.围绕TiAl合金增压器涡轮的工程化应用,分析了TiAl合金增压器涡轮的合金及组织设计、涡轮制备技术、涡轮连接技术、母合金制备技术、应用考核试验等方面的国内外研究现状和研究进展.认为我国铸造技术和连接技术...     

TiAl合金热加工研究进展

TiAl合金作为新一代轻质高温结构材料,具有优异的高温性能,在航空发动机等领域具有重要应用前景。但是TiAl合金具有本征脆性,热加工窗口窄,热变形易开裂,限制了其广泛应用。回顾了TiAl合金的发展历程,综述了其热变形行为以及高温锻造、高温轧制和热挤压等热加工技术,并指出了TiAl合金热加工未来发展方向。     

渗碳处理提高TiAl基合金高温抗氧化性

研究了表面渗碳处理Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ合金高温抗氧化性的影响，结果表明，渗碳处理显著地提高ＴｉＡｌ基合金高温抗氧化能力，归因于渗碳处理在试样表面层形成了具有良好的抗氧化性和高温热稳定性的多层结构的渗碳层。     

含硅合金熔体对TiAl基合金表面改性的研究

使用含硅合金熔体对TiAl基合金进行了表面渗硅处理，渗硅处理温度范围是：913－1053K，实施发现，TiAl基合金与Al-Si熔体之间发生了界面反应，界面生成以Si,Ti,Al三元素为主的灰白色基体和条状，小块状黑色相。表面处理后样品经1173K／100h高温氧化后，表层形成了Al2O3,SiO2等致密的氧化膜，并保留有稳定的Si-Ti-Al相，因而改善了表面氧化层结构，大大增强了TiAl基合金的高温抗氧化能力。     

TiAl基合金的表面渗碳行为及其机理

测定了不同温度下TiAl基合金表面渗碳的动力学曲线,分析了表面渗碳层的结构和组成,研究了TIAl基合金的渗碳机理.结果表明,CO对具有不同扩散速率的Ti和Al进行的选择反应,导致渗碳层的多层结构;TiAl基合金的表面渗碳过程分为两个阶段:渗碳初期和渗碳稳定期.在渗碳初期遵守近似的抛物线增重规律,在渗碳稳定期遵守近似的直线增重规律;在渗碳稳定期,TiAl基合金的表面渗碳反应为零级反应,动力学行为遵守严格的线性变化规则;速率常数与温度的关系较好地遵守Arrhenius公式.     

CuTiNiZrV Amorphous Alloy Foils for Vacuum Brazing of TiAl Alloy to 40Cr Steel

Vacuum brazing of TiAl alloy to 40Cr steel sheets was conducted with newly developed CuTiNiZrV amorphous foils. It was found that a diffusion layer,filler metal and reaction layer existed in the brazed seam. The diffusion layer in the joint brazed with Cu43.75Ti37.5Ni6.25Zr6.25V6.25(at.%) foil was flat and thin,containing Ti19Al6 and Ti2Cu intermetallic compounds; however,the diffusion layer brazed with Cu37.5Ti25Ni12.5Zr12.5V12.5 foil was uneven with bulges,consisting of essentially Ti-based solute solution. The foil with 12.5 at.% V showed inferior spreadability compared to that with 6.25 at.% V at brazing temperature. However,fracture happened along the diffusion layer with 6.25 at.% V foil due to the formation of brittle intermetallic phases,but the joints brazed with 12.5 at.% V foil failed through the TiAl substrate. These results show that designing amorphous alloy with less Ti and more V for brazing TiAl alloy to steel is appropriate.     

高Nb-TiAl基合金锻压饼材的拉伸性能

用自制的拉伸夹具测度子两种高Nb-TiAl基合金的室温和高温拉伸性能，并对实验结果进行了分析讨论，结果表明，双态组织片层组织有更高的强度，这符合一般TiAl合金的强度规律，且两种合金的室，高温强度均比普通TiAl合金的强度高。     

铸造用TiAl母合金制备技术研究进展

目前,新型轻质高温结构材料TiAl合金铸造部件已经进入工业化生产阶段,急需工业级铸造用TiAl母合金的制造技术和评估体系作为支撑。结合了钢铁研究总院铸造TiAl合金工程化研究和应用成果,概述了国内外铸造TiAl合金材料和部件的工程化应用现状,在此基础上,提出了铸造TiAl母合金的化学成分、规格等技术要求,并进一步对比分析了2次自耗熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼、自耗熔炼+凝壳熔炼+自耗熔炼等母合金制备工艺的优缺点,最后提出了工业级铸造TiAl母合金的技术发展方向。     

Diffusion bonding of TiAl based alloy to Ti–6Al–4V alloy using amorphous interlayer

Powder metallurgical TiAl based alloy and Ti–6Al–4V (TC4) alloy were diffusion bonded at 915 °C for 1 h under a pressure of 80 MPa. Single Ti‐based amorphous or Ni‐based amorphous foil was utilized as an interlayer during diffusion bonding process. The tensile mechanical properties of the diffusion bonded joints between TiAl based alloy and TC4 alloy were tested. The fracture surface and microstructure characteristic of these joints were also observed carefully by scanning electron microscope. The TiAl based alloy with a fully lamellar microstructure is more suitable for diffusion bonding to TC4 alloy. Adding a Ti‐based amorphous interlayer is more conducive to the element diffusion, giving rise to the improvement in the mechanical properties of the diffusion bonded joints. Results also show that the diffusion bonded joints form a metallurgical bond and fracture in a brittle manner.