Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

粉末冶金Ti-xNb-5Sn骨科合金的摩擦学行为

本工作采用粉末冶金方法制备了Ti-xNb-5Sn(x=13%、16%、18%、20%,质量分数)合金,研究了Nb含量对其微观组织和摩擦学行为的影响规律。结果表明：粉末冶金法制备的Ti-xNb-5Sn合金是典型的α+β型钛合金,α相随着Nb含量的增加逐渐减少,Nb含量为20%时β相的衍射峰成为主峰。合金的硬度和弹性模量随着Nb含量的增加而下降,分别在271HV～319HV和68～73 GPa之间变化。合金的摩擦系数随着Nb含量增多而提高,Ti-13Nb-5Sn合金的摩擦系数最小(0.41),Ti-20Nb-5Sn合金的摩擦系数最大(0.48)。合金的磨损率为1.36×10^-3～1.58×10^-3mm³/(m·N)。随着Nb含量增多,合金的磨痕深度增加,分层现象逐渐加剧,并且有微裂纹出现。Ti-13Nb-5Sn合金的磨损机制为磨粒磨损,Ti-16Nb-5Sn合金和Ti-18Nb-5Sn合金以磨粒磨损为主、表面疲劳磨损为辅,而Ti-20Nb-5Sn合金以表面疲劳磨损为主。本研究证实Nb是一种β稳定剂,加入适量Nb可以降低合金的...     

元素粉末法制备TiAl金属间化合物的研究进展

元素粉末冶金因具有成本低、制备的合金组织均匀细小等优点而受到广泛关注。简要介绍了元素粉末法制备TiAl合金的研究进展,主要从反应机理、致密化行为和力学性能等方面进行综述。研究表明,Ti与Al元素的反应由扩散控制,借助TiAl3和TiAl2等中间相最终得到Ti3Al和TiAl相共存的反应产物。在高Nb–TiAl合金的Ti–Al–Nb三元系中,Nb元素主要通过形成中间产物——Nb–Al化合物最终均匀分布在基体相中。从原料和工艺两个角度总结了元素粉末法制备TiAl合金过程中影响致密化的因素,介绍了提高元素粉末法制备TiAl合金的热加工和力学性能的方法,总结了近年来元素粉末法制备TiAl合金的力学性能研究成果。目前来看,元素粉末法制备的TiAl合金力学性能已达到变形合金的水平。     

添加高铌对TiAl合金组织和高温性能的影响

由于γ-TiAl合金低密度和高温时的高比强度,因此很有希望在航空和汽车工业的高温领域得到应用.但该合金低的延展性和抗氧化能力限制了它的实际应用.研究发现,添加第3组元可以提高TiAl合金的工程性能.因此,人们相继开展了在含铝45mol%～49mol%的TiAl基合金中添加Cr,Mn,Ta,Nb,W,No,Si,B等第3组元的微合金化研究工作.高铌TiAl合金具有优良的高温强度和室温延展性,抗氧化性能及热加工性得到明显改善.因此对于高铌含量的TiAl合金研究得到快速发展.但是关于含铝量小于45mol%和含Nb量大于10mol%的TiAl合金研究很少.     

元素Nb、Hf、Zr对γ-Ti Al合金抗氧化性能的影响

在等原子比的γ-TiAl基金属间化合物的基础上添加Nb、Hf、Zr元素,熔炼了3种合金,研究了这3种合金在静止空气中的1 600℃高温升温过程和700℃、800℃、850℃低温下恒温20 h的氧化行为。结果表明:合金4Nb-4Zr、合金4Nb-4Hf和合金8Nb在1 600℃升温氧化过程中都存在一个孕育期,温度上升至1 000℃以上才开始出现急速氧化的趋势。而700℃、800℃和850℃恒温氧化过程中不存在孕育期,氧化曲线呈现抛物线型。计算和修正了三种合金分别在700℃、800℃和850℃下氧化抛物线常数K_p值。三种合金氧化后氧化膜主要由致密的Al_2O_3和疏松的TiO_2组成。合金元素主要通过影响氧化膜中致密的Al_2O_3的量来控制合金的抗氧化性。元素Hf对提高TiAl合金中Al的活度作用明显,合金氧化膜中Al_2O_3量最多,合金抗氧化性最佳。元素Nb次之,元素Zr最差。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

TiAl合金热浸镀铝及热扩散处理后的镀层结构

为了提高TiAl基合金的抗高温氧化性能,采用热浸镀铝法和热扩散处理工艺在合金Ti-45Al-2Cr-2Nb-0.15B(原子分数,%)表面制备TiAl_3涂层.用XRD和SEM方法对涂层的结构和成分进行了分析.结果表明:TiAl合金经过热浸镀铝处理,表面生成了双相的富Al涂层,它由纯Al外层和TiAl_3内层组成;在550℃下,无论是在真空或者空气气氛中,进行扩散热处理,TiAl合金表面都形成了单相的TiAl_3涂层.     

Ti-45Al-10Nb合金的高温氧化行为

研究了Ti—45A1—10Nb(原子分数，％)合金在800-960℃在氧气和空气中的氧化行为．结果表明，该合金具有较好的高温抗氧化性能，其氧化增重速率与铁基耐热不锈钢相似或略优．与Ti—50A1合金相反，Ti-45A1-10Nb合金在空气中的氧化增重速率明显低于在纯氧中的氧化增重速率．X射线衍射与能谱分析表明，Ti-45Al一10Nb合金在氧气中的氧化产物主要有TiO2和Al2O3，但在空气中的氧化产物中有TiN相．这是降低氧化速率的主要原因，同时，合金元素Nb稳定了氧化层中的TiN相，因而提高了合金在空气中的抗氧化性能．     

钛化物在铝熔体中的沉淀现象

为了研究导致细化衰退的钛化物沉淀现象，以中间合金为细化剂对工业纯铝进行了细化处理，得到了不同沉淀时间的沉淀试样，利用金相、SEM等技术分析了试样底部沉淀物的显微组织．结果表明：加入中间合金后，试样均存在明显的软化物沉淀现象，且沉淀物中既有TiC(TiB2)化合物，也有TiAl3化合物；沉淀物中的TiAl3与原中间合金中的TiAl3形态一致，说明原中间合金中的一些TiAl3化合物在没有分解完全时就已沉到试样底部；AlTiC中间合金比AlTiB中间合金的钛化物沉淀倾向明显．     

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。     

Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角相图评估

综述了Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角相图的研究情况,分析了Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角中存在的中间相NbC、Nb2C、(Nb,Mo,W,Zr)C、W2Zr、M02Zr、(W,Mo)2Zr等以及它们的相结构,概述了添加Zr、C对含W、Mo的α(Nb)合金的有益作用,指出了Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角相图的价值和研究方向.     

Mo对于Nb/Nb5Si3原位复合材料室温韧性的影响

利用真空电弧熔炼制备了Nb/Nb5Si3复合材料,在1200℃×100h热处理后,利用单边切口悬臂梁法(SENB)测定了Nb-Si合金的室温断裂韧性.研究了合金化元素Mo对Nb/Nb5Si3复合材料微观结构和室温韧性的影响.结果发现适量Mo的加入明显地改善了Nb-18Si的室温韧性.     

激光熔化沉积工艺对Nb-16Si二元合金显微组织的影响

以纯Nb粉末、纯Si粉末或Nb_5Si_3粉末为原料,采用预置粉末法和双通道同轴送粉法,通过激光熔化沉积(LMD)技术制备3种Nb-16Si二元合金。使用SEM,EDS和XRD等手段分析合金的显微组织特征。结果表明:LMD制备的Nb-16Si合金均由NbSS和Nb_3Si两相组成。原料粉末的堆叠方式和化学状态强烈影响合金的显微组织。以纯元素粉末为原料,预置粉末法制备的Nb-16Si合金,由尺寸约1~5μm的枝晶状初生NbSS和NbSS/Nb_3Si共晶组织组成,合金显微硬度约773HV;双通道同轴送粉法促使显微组织细小均匀化,合金中初生NbSS相呈近等轴状均匀分布,平均尺寸仅约2μm,合金硬度提高至817HV;以Nb+Nb_5Si_3粉末为原料,双通道同轴送粉法制备的Nb-16Si合金呈伪共晶组织,其显微硬度高达907HV。     

铌基无磁定膨胀合金的某些研究

研究了两种铌基无磁定膨胀合金(Nb—30Zr和Nb—10Mo—10Ti—C—O_2合金)的组织结构及物理、机械性能。Nb—10 Mo—10 Ti一0.13 C—0.2 O_2合金成分均匀,除含有碳化物外,合金为单相固溶体。经高温处理,大块碳化物(ε相)固溶;并在冷却过程中,析出细小碳化物(Ti,Nb)(C、O_2,N),从而改善了合金的机加工性能,表面光洁度能达▽10。该合金的比重及膨胀系数的实测值与理论计算值基本相符。该合金的试验数据如下:ρ=7.95g/cm~3,α20—100℃=7.3×10~(-6)/℃,σ_b=101kgf/mm~2,δ=7％,R_c=34—35,磁化率为10~(-6)数量级,在≤200℃空气中不受氧化,且耐多种介质的腐蚀。用该合金做成陀螺马达转子外环,实用效果好。Nb—30Zr合金在1000—610℃,可从β固溶体分解出口β_2相。在610℃存在共析转变β_(Zr)→α_(Zr)β_(Nb)。α_(Zr)和β_(Nb)的膨胀系数相差较大。因此,Nb—30Zr合金的膨胀系数对组织结构的敏感性大。     

Ti_3Al基合金在不同温度下的形变与断裂行为

一、前言 Ti_3Al基合金(如Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo at％)是未来用于650～700℃具有发展前途的新一代高温结构材料。其微观组织与力学性能的关系,如拉伸、蠕变、疲劳和断裂韧性等,均得到了广泛的研究。研究表明,Ti_3Al基合金的形变与断裂机制不仅与形变温度有关,而且与环境因子密切相关。然而,目前较少报道Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金在不同温度下和不同形变环境中的断裂机制和形变行为。本论文通过研究Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金在25～980℃温度范围的拉伸形变行为和在不同拉伸环境(真空或空气)下的断裂方式,探讨Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金的形变和断裂机制。 二、试验方法 本研究采用的合金为Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo(at％),其化学成分(重量百分比)为14.4Al,19.3Nb,3.5V,2.2Mo,0.100,0.018N,其余为Ti。经真空自耗电极电弧炉熔炼的铸锭在开坯,α_2+β两相区锻造和α_2+β两相区热处理后,制成φ5×25mm拉伸试样。在     

Gamma（TiAl）Alloy Technology2012在北京举行

2012年6月5～9日，“Gamma（TiAl）Alloy Technology2012”在北京稻香湖景酒店隆重举行。此次会议由北京科技大学林均品教授和国际TiAl合金界权威人士Y．W．Kim博士共同组织，北京科技大学新金属材料国家重点实验室承办。会议主要围绕Gamma（TiAl）金属间化合物合金最新研究的重大进展、工艺技术突破，分享和交流近些年积累的知识基础和经验，研究、论讨目前该合金工业应用中出现的问题，提出优化的解决方案，把握当今Gamma（TiAl）合金的发展方向，是该领域最高规格的学术会议，同时该会议也是首次在中国举行。     

Cr含量对Nb-Si基超高温合金组织和室温断裂韧性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了4种名义成分为Nb-22Ti-16Si-4Hf-3Al-x Cr(x=0,3,5和10,原子分数,%)的合金,并于1450℃保温50 h进行了均匀化处理,研究Cr含量对Nb-Si基超高温合金电弧熔炼态和热处理后组织,及其电弧熔炼态下室温断裂韧性的影响。结果表明:添加Cr没有改变硅化物的晶型(均为γ(Nb,X)5Si3),但其含量随Cr含量的增加而增加,而Nbss/γ(Nb,X)5Si3共晶的含量则逐渐降低;添加Cr还促进了Nbss/(Nb,X)5Si3/Cr2(Nb,X)三相共晶的形成,且该共晶的含量随合金中Cr含量的增加而增加。经1450℃/50 h热处理后,原电弧熔炼态的Nbss枝晶和共晶组织消失,且合金组织明显变得均匀。Cr含量为0,3%和5%的合金组成相为Nbss和γ(Nb,X)5Si3,而在Cr含量为10%的合金中则出现了Nbss,γ(Nb,X)5Si3和Cr2(Nb,X)的三相平衡组织。电弧熔炼态下合金的室温断裂韧性随Cr含量的增加呈现降低的趋势。     

Fe元素对Nb 16Si原位复合材料显微组织及室温力学性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼方法制备了Nb-16Si-xFe原位复合材料(x = 2, 4, 6, 原子分数(%), 分别简称为2Fe、4Fe、6Fe合金), 研究了Fe含量对Nb-16Si合金的显微组织与室温力学性能的影响。结果表明: 铸态及热处理态(1350 ℃真空退火100 h) 2Fe和4Fe合金主要由Nb基固溶体(Nb_SS)、Nb₃Si和Nb₄FeSi三相组成, 随着Fe含量的增多, Nb₃Si含量减少, 而Nb₄FeSi含量增加, 6Fe合金仅由Nb_SS和Nb₄FeSi两相组成; 热处理后Nb_SS上有细小的硅化物析出; Nb-16Si合金中加入Fe元素后所生成的新相Nb₄FeSi是一个硬脆的硅化物相, 其显微硬度和室温断裂韧性 分别为HV 1110和1.22 MPa·m1/2; 随着Fe含量由2%提高到6%, 热处理态Nb-16Si-xFe合金的室温 断裂韧性呈略微下降趋势, 而硬度和压缩强度呈上升趋势。      

生物医用Ti-Nb-Sn合金的超弹性

通过室温下拉伸实验研究了Ti-14Nb-4Sn和Ti-16Nb-4Sn（at．％）合金的超弹性。发现锻造态和400℃冰水淬火态的Ti-16Nb-4Sn合金超弹性良好,通过4％变形量循环拉伸三次即可获得完全的超弹性;而400℃冰水淬火态的Ti-14Nb-4Sn合金通过3％变形量循环拉伸两次即可完全回复。Ti-14Nb-4Sn合金和Ti-16Nb-4Sn合金均以700℃冰水淬火态断裂延伸率为最大,分别为14．42％和12．02％。锻造态Ti-14Nb-4Sn合金的马氏体逆相变回复温度As为134．8℃。XRD分析结果表明室温下Ti-16Nb-4Sn合金的组织为β相和＋α″马氏体相;而Ti-14Nb-4Sn合金的室温组织除β和α″外,还存在α相。     

电弧熔炼Nb-16Si-2Fe合金铸态组织及高温压缩行为

目的了解Nb-16Si-2Fe合金热变形的高温力学行为,并掌握其变形过程中的组织演变。方法采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-16Si-2Fe合金,利用Gleeble-1500热模拟机对合金进行高温压缩实验,并通过XRD对合金相结构进行分析。结果合金由白色树枝晶状Nbss固溶体相、灰色连续基体Nb3Si相及黑色块状Nb4Fe Si相组成。试样在较低温度、较大变形速率压缩时,产生脆性断裂。在1200~1400℃范围内,随着变形温度的升高及变形速率的降低,试样开裂倾向减小,应力峰值降低。脆性Nb3Si相由连续分布变成孤岛状分布,并发生共析反应分解生成细小两相组织。结论高温压缩过程使硬脆相Nb3Si含量降低,韧性相Nbss相含量增加,合金高温强度下降,一定程度上降低了该合金的塑性加工难度。