全片层TiAl合金的片层取向和片层间距控制的研究现状

发布时间：2019-09-24 12:55

【摘要】：全片层TiAl合金的片层取向和片层间距对其断裂韧性、屈服强度、蠕变性能和疲劳性能等力学性能具有重要影响。本文从片层取向控制和片层间距控制两方面,系统的综述了全片层TiAl合金的性能和组织间的关系,并总结了提升全片层TiAl合金的性能的手段。指出取向与晶体生长方向相同、片层间距细小的全片层TiAl合金具有最优的综合力学性能;减小Al当量、增大生长速度和环境压力可减小全片层TiAl合金的片层间距,增大Al当量是最简单有效的细化片层的手段;自引晶法是控制片层取向的新兴方法,是未来TiAl合金片层取向控制的重要发展方向。
【图文】：

第5期全片层TiAl合金的片层取向和片层间距控制的研究现状小，蠕变强度增加，如图2a所示。全片层TiAl合金的片层间距对其疲劳性能也有重要影响，文献［8］的研究表明，在全片层TiAl合金中，疲劳裂纹的扩展是通过细小的显微裂纹的连接完成的，随着片层间距的减小，TiAl合金抵抗疲劳裂纹扩展的能力增强，如图2b所示。图1片层取向对TiAl合金PST晶体的力学性能的影响(a)屈服强度随片层取向与生长方向夹角的变化关系;(b)延伸率随片层取向与生长方向夹角的变化关系［4］Fig．1Variationoftheyieldstrength(a)andelongation(b)ofPSTcrystalsofTiAlalloywiththelamellaeorientations(Ф)atroomtemperature［4］图2片层间距对力学性能的影响(a)Ti-42Al的蠕变速率［7］;(b)Ti-48Al-2Mn-2Nb的疲劳性能［8］Fig．2Comparisonofminimumcreeprates(a)［7］andfatiguecrackgrowthrate(b)［8］ofTi-Alwithdifferentlamellarspacing2全片层TiAl合金片层间距的控制目前控制全片层TiAl晶体的片层间距的主要手段有:控制凝固过程中晶体生长速度;控制环境压力;控制母料成分。2．1控制环境压力文献［9］研究了在常压，2GPa和4GPa压力下，随着压力的变化Ti-48Al凝固组织的变化规律。试验发现，随着压力的增加，TiAl合金中相组成不变，但其凝固组织发生显著变化。随着压力的增加，枝晶间的γ相体积逐渐减小，而且在片层组织中Al含量增加，片层间距减小，如图3所示。原因是:TiAl合金凝固过程中的溶质再分配导致Al元素从凝固后的晶体中排出，元素的扩散系数随压力的增大而减小，如公式1所示。当环境压力从常压增大为4GPa时，扩散系数减少两个数量级，抑制了Al元素的富集、偏析，进而减少了γ相的含量。同时由于片层生长速度与扩散系数符合公?

第5期全片层TiAl合金的片层取向和片层间距控制的研究现状小，，蠕变强度增加，如图2a所示。全片层TiAl合金的片层间距对其疲劳性能也有重要影响，文献［8］的研究表明，在全片层TiAl合金中，疲劳裂纹的扩展是通过细小的显微裂纹的连接完成的，随着片层间距的减小，TiAl合金抵抗疲劳裂纹扩展的能力增强，如图2b所示。图1片层取向对TiAl合金PST晶体的力学性能的影响(a)屈服强度随片层取向与生长方向夹角的变化关系;(b)延伸率随片层取向与生长方向夹角的变化关系［4］Fig．1Variationoftheyieldstrength(a)andelongation(b)ofPSTcrystalsofTiAlalloywiththelamellaeorientations(Ф)atroomtemperature［4］图2片层间距对力学性能的影响(a)Ti-42Al的蠕变速率［7］;(b)Ti-48Al-2Mn-2Nb的疲劳性能［8］Fig．2Comparisonofminimumcreeprates(a)［7］andfatiguecrackgrowthrate(b)［8］ofTi-Alwithdifferentlamellarspacing2全片层TiAl合金片层间距的控制目前控制全片层TiAl晶体的片层间距的主要手段有:控制凝固过程中晶体生长速度;控制环境压力;控制母料成分。2．1控制环境压力文献［9］研究了在常压，2GPa和4GPa压力下，随着压力的变化Ti-48Al凝固组织的变化规律。试验发现，随着压力的增加，TiAl合金中相组成不变，但其凝固组织发生显著变化。随着压力的增加，枝晶间的γ相体积逐渐减小，而且在片层组织中Al含量增加，片层间距减小，如图3所示。原因是:TiAl合金凝固过程中的溶质再分配导致Al元素从凝固后的晶体中排出，元素的扩散系数随压力的增大而减小，如公式1所示。当环境压力从常压增大为4GPa时，扩散系数减少两个数量级，抑制了Al元素的富集、偏析，进而减少了γ相的含量。同时由于片层生长速度与扩散系数符合公?
【作者单位】： 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室;
【分类号】：TG146.23

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本文编号：2540877