【摘要】：全片層TiAl合金的片層取向和片層間距對(duì)其斷裂韌性、屈服強(qiáng)度、蠕變性能和疲勞性能等力學(xué)性能具有重要影響。本文從片層取向控制和片層間距控制兩方面,系統(tǒng)的綜述了全片層TiAl合金的性能和組織間的關(guān)系,并總結(jié)了提升全片層TiAl合金的性能的手段。指出取向與晶體生長(zhǎng)方向相同、片層間距細(xì)小的全片層TiAl合金具有最優(yōu)的綜合力學(xué)性能;減小Al當(dāng)量、增大生長(zhǎng)速度和環(huán)境壓力可減小全片層TiAl合金的片層間距,增大Al當(dāng)量是最簡(jiǎn)單有效的細(xì)化片層的手段;自引晶法是控制片層取向的新興方法,是未來(lái)TiAl合金片層取向控制的重要發(fā)展方向。
【圖文】：

第5期全片層TiAl合金的片層取向和片層間距控制的研究現(xiàn)狀小，蠕變強(qiáng)度增加，如圖2a所示。全片層TiAl合金的片層間距對(duì)其疲勞性能也有重要影響，文獻(xiàn)［8］的研究表明，在全片層TiAl合金中，疲勞裂紋的擴(kuò)展是通過(guò)細(xì)小的顯微裂紋的連接完成的，隨著片層間距的減小，TiAl合金抵抗疲勞裂紋擴(kuò)展的能力增強(qiáng)，如圖2b所示。圖1片層取向?qū)iAl合金PST晶體的力學(xué)性能的影響(a)屈服強(qiáng)度隨片層取向與生長(zhǎng)方向夾角的變化關(guān)系;(b)延伸率隨片層取向與生長(zhǎng)方向夾角的變化關(guān)系［4］Fig．1Variationoftheyieldstrength(a)andelongation(b)ofPSTcrystalsofTiAlalloywiththelamellaeorientations(Ф)atroomtemperature［4］圖2片層間距對(duì)力學(xué)性能的影響(a)Ti-42Al的蠕變速率［7］;(b)Ti-48Al-2Mn-2Nb的疲勞性能［8］Fig．2Comparisonofminimumcreeprates(a)［7］andfatiguecrackgrowthrate(b)［8］ofTi-Alwithdifferentlamellarspacing2全片層TiAl合金片層間距的控制目前控制全片層TiAl晶體的片層間距的主要手段有:控制凝固過(guò)程中晶體生長(zhǎng)速度;控制環(huán)境壓力;控制母料成分。2．1控制環(huán)境壓力文獻(xiàn)［9］研究了在常壓，2GPa和4GPa壓力下，隨著壓力的變化Ti-48Al凝固組織的變化規(guī)律。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的增加，TiAl合金中相組成不變，但其凝固組織發(fā)生顯著變化。隨著壓力的增加，枝晶間的γ相體積逐漸減小，而且在片層組織中Al含量增加，片層間距減小，如圖3所示。原因是:TiAl合金凝固過(guò)程中的溶質(zhì)再分配導(dǎo)致Al元素從凝固后的晶體中排出，元素的擴(kuò)散系數(shù)隨壓力的增大而減小，如公式1所示。當(dāng)環(huán)境壓力從常壓增大為4GPa時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)減少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，抑制了Al元素的富集、偏析，進(jìn)而減少了γ相的含量。同時(shí)由于片層生長(zhǎng)速度與擴(kuò)散系數(shù)符合公?

第5期全片層TiAl合金的片層取向和片層間距控制的研究現(xiàn)狀小，，蠕變強(qiáng)度增加，如圖2a所示。全片層TiAl合金的片層間距對(duì)其疲勞性能也有重要影響，文獻(xiàn)［8］的研究表明，在全片層TiAl合金中，疲勞裂紋的擴(kuò)展是通過(guò)細(xì)小的顯微裂紋的連接完成的，隨著片層間距的減小，TiAl合金抵抗疲勞裂紋擴(kuò)展的能力增強(qiáng)，如圖2b所示。圖1片層取向?qū)iAl合金PST晶體的力學(xué)性能的影響(a)屈服強(qiáng)度隨片層取向與生長(zhǎng)方向夾角的變化關(guān)系;(b)延伸率隨片層取向與生長(zhǎng)方向夾角的變化關(guān)系［4］Fig．1Variationoftheyieldstrength(a)andelongation(b)ofPSTcrystalsofTiAlalloywiththelamellaeorientations(Ф)atroomtemperature［4］圖2片層間距對(duì)力學(xué)性能的影響(a)Ti-42Al的蠕變速率［7］;(b)Ti-48Al-2Mn-2Nb的疲勞性能［8］Fig．2Comparisonofminimumcreeprates(a)［7］andfatiguecrackgrowthrate(b)［8］ofTi-Alwithdifferentlamellarspacing2全片層TiAl合金片層間距的控制目前控制全片層TiAl晶體的片層間距的主要手段有:控制凝固過(guò)程中晶體生長(zhǎng)速度;控制環(huán)境壓力;控制母料成分。2．1控制環(huán)境壓力文獻(xiàn)［9］研究了在常壓，2GPa和4GPa壓力下，隨著壓力的變化Ti-48Al凝固組織的變化規(guī)律。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的增加，TiAl合金中相組成不變，但其凝固組織發(fā)生顯著變化。隨著壓力的增加，枝晶間的γ相體積逐漸減小，而且在片層組織中Al含量增加，片層間距減小，如圖3所示。原因是:TiAl合金凝固過(guò)程中的溶質(zhì)再分配導(dǎo)致Al元素從凝固后的晶體中排出，元素的擴(kuò)散系數(shù)隨壓力的增大而減小，如公式1所示。當(dāng)環(huán)境壓力從常壓增大為4GPa時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)減少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，抑制了Al元素的富集、偏析，進(jìn)而減少了γ相的含量。同時(shí)由于片層生長(zhǎng)速度與擴(kuò)散系數(shù)符合公?
【作者單位】： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.23

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本文編號(hào)：2540877