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铸造TiAl合金定向层片组织的室温拉伸性能和断裂行为

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稀有金属材料与工程 2014年第9期43卷 2124-2129页

作者：朱春雷张熹雯李胜张继钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081

评价了常规铸造Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(at%)合金定向层片组织的室温拉伸性能和断裂韧性,并结合断口形貌分析其断裂行为。结果表明:该定向层片组织在承受平行于层片界面载荷作用时,表现出优异的室温抗拉强度和塑性组合,且其室温拉伸塑性... 详细信息

评价了常规铸造Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(at%)合金定向层片组织的室温拉伸性能和断裂韧性,并结合断口形貌分析其断裂行为。结果表明:该定向层片组织在承受平行于层片界面载荷作用时,表现出优异的室温抗拉强度和塑性组合,且其室温拉伸塑性可达到3.8%,明显优于其他铸造TiAl合金。其较高的室温拉伸塑性归因于定向层片组织的一致性和穿层断裂区发生较大程度的塑性变形。定向层片组织室温拉伸的主要断裂模式是穿层断裂,断裂起源于层片界面端部垂直于试样表面的TypeⅡ层片区域,而不是层片界面平行于试样表面的TypeⅠ层片区域。其主要原因是TypeⅡ层片具有比TypeⅠ层片低的裂纹萌生和扩展抗力。

关键词：铸造TiAl合金定向层片组织室温拉伸塑性穿层断裂

热处理对选区激光熔化成形Ti_(2)AlNb合金组织和力学性能的影响

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粉末冶金工业 2023年第5期33卷 49-56页

作者：楚瑞坤李雯琪张熹雯梁晓波毕中南张少明常州钢研极光增材制造有限公司江苏常州213100 钢铁研究总院有限公司北京100081 太原理工大学山西太原030002 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081

通过激光选区熔化成形工艺制备Ti-22Al-25Nb合金,在此基础上研究不同热处理制度对微观组织组成、形貌及其力学性能的影响规律。结果表明,打印成形态的Ti-22Al-25Nb合金组织具有明显的横纵向差异,呈现沿Z轴向外延生长的柱状晶特征,微观... 详细信息

通过激光选区熔化成形工艺制备Ti-22Al-25Nb合金,在此基础上研究不同热处理制度对微观组织组成、形貌及其力学性能的影响规律。结果表明,打印成形态的Ti-22Al-25Nb合金组织具有明显的横纵向差异,呈现沿Z轴向外延生长的柱状晶特征,微观组织组成主要为B2相,晶界和晶内均无明显α_(2)和O相析出。当热处理温度升高至1080℃后会发生柱状晶向等轴晶转变,由于晶界对协调塑性变形和抵抗裂纹扩展能力较差,导致其强度较低、塑性较差;在O+α_(2)+B2三相区960℃热处理,可保持柱状晶的形貌特征,晶内二次析出O相板条的尺寸主要与时效温度有关,O相析出尺寸随时效温度降低而减小,弥散析出的多尺度O相起主要强化作用,连续的B2相基体有利于塑性变形,晶界不连续析出相有利于协调塑性变形和抵抗裂纹沿晶扩展,HT2和HT3制度的强度和伸长率更高,断口也呈现明显的韧性断裂特征,最终优选960℃/2 h+820℃/6 h的热处理制度组合,室温拉伸性能可达到Ti_(2)AlNb锻件的力学性能水平。

关键词：选区激光熔化热处理 Ti_(2)AlNb 微观组织室温拉伸

常规铸造定向层片TiAl合金持久加载中的组织退化及改善途径

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稀有金属材料与工程 2018年第2期47卷 560-566页

作者：朱春雷张熹雯骆晨李胜张继钢铁研究总院北京100081

基于TiAl合金常规铸造定向层片组织与多孪晶合成晶体(polysynthetically twinned crystals,PST)的组织差别,详细讨论这些组织差别对常规铸造定向层片组织TiAl合金持久加载过程中组织退化的影响,并探讨降低这些不利影响的微合金化途径。... 详细信息

基于TiAl合金常规铸造定向层片组织与多孪晶合成晶体(polysynthetically twinned crystals,PST)的组织差别,详细讨论这些组织差别对常规铸造定向层片组织TiAl合金持久加载过程中组织退化的影响,并探讨降低这些不利影响的微合金化途径。结果表明:定向层片组织与PST晶体的差别主要包括存在层片团界和小角度取向差、Al元素成分偏析以及α_2相体积分数高于热力学平衡状态,同时,后续热等静压导致等轴γ晶粒析出和层片间距增加也是另外的明显差别。这些组织差别对定向层片组织持久加载过程中的组织退化造成不同程度的加剧作用。其中,Al元素成分偏析和α_2相体积分数过高促进了定向层片组织铸态试样的组织退化,热等静压试样中析出的等轴γ晶粒进一步加剧了其组织退化,这些均对定向层片组织持久寿命造成不利影响。而层片团界对组织退化的影响程度较小。此外,探讨了采用Zr、C、Si微合金化抑制持久加载过程中组织退化进而改善持久性能的可行性。

关键词： TiAl 定向层片持久加载组织退化常规铸造

Nb含量对铸造高铝TiAl合金室温拉伸性能的影响

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稀有金属 2016年第6期40卷 540-545页

作者：李海昭韩波胡海涛张熹雯朱春雷张继钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650091

研究了Nb含量对铸造高铝Ti Al合金(%,原子分数)Ti-48Al-x Nb-2.5V-1.0Cr(x=2,4,7,9),以下分别简称2Nb,4Nb,7Nb和9Nb合金)组织和室温拉伸性能的影响。组织观察发现:不同Nb含量合金宏观组织均为柱状晶组织,微观组织均为有取向层片组织。经... 详细信息

研究了Nb含量对铸造高铝Ti Al合金(%,原子分数)Ti-48Al-x Nb-2.5V-1.0Cr(x=2,4,7,9),以下分别简称2Nb,4Nb,7Nb和9Nb合金)组织和室温拉伸性能的影响。组织观察发现:不同Nb含量合金宏观组织均为柱状晶组织,微观组织均为有取向层片组织。经X射线衍射(XRD)分析表明,不同Nb含量合金均由γ相、α_2相和少量的B2相组成,其中,γ相体积分数随Nb含量的增加而增多;α_2相体积分数随Nb含量的增加而减少;B2相含量由于含量较少无法定量,但从XRD谱及扫描电镜(SEM)背散射(BSE)图可定性得知,其含量随Nb含量的增加而显著增多。合金室温抗拉强度随Nb含量的增加而降低:由2Nb合金的648.2 MPa降为9Nb合金的613.8 MPa;但屈服强度却随Nb含量的增加而升高:由2Nb合金的561.1 MPa增为9Nb合金的613.5 MPa。合金室温延伸率随Nb含量的增加呈线性下降:由2Nb合金的延伸率1.2%,降为9Nb合金的0.3%。γ相的晶格常数c/a随Nb含量的增加而增大,这对合金的室温塑性有不利的影响。

关键词：高铝 TiAl合金铸造 c/a比室温拉伸性能

热处理工艺对Ti_(2)AlNb合金锻件显微组织和拉伸性能的影响

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热加工工艺 2022年第24期51卷 119-124页

作者：邢丕臣师俊东马雄张熹雯梁晓波张建伟中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 钢铁研究总院高温材料研究所北京100081

以Ti-22Al-25Nb合金某机匣用环形锻件为研究对象,研究了固溶温度和固溶时间对该锻件微观组织、室温和650℃高温拉伸性能的影响,揭示了显微组织与拉伸性能之间的关系。结果表明:固溶时效处理后形成了以等轴α2颗粒、一次板条O相和二次针... 详细信息

以Ti-22Al-25Nb合金某机匣用环形锻件为研究对象,研究了固溶温度和固溶时间对该锻件微观组织、室温和650℃高温拉伸性能的影响,揭示了显微组织与拉伸性能之间的关系。结果表明:固溶时效处理后形成了以等轴α2颗粒、一次板条O相和二次针状O相为主的双态组织。固溶时间的延长对微观组织影响较小。固溶温度的升高一方面会显著降低一次板条O相的含量,另一方面会显著增加时效过程中析出的二次针状O相含量。二次针状O相含量的增加降低了位错运动的平均自由程,增加析出强化作用,从而导致合金的室温强度和高温强度增加,反之塑性下降。

关键词： Ti-22Al-25Nb合金锻态组织固溶温度拉伸性能

C含量对铸造TiAl合金组织和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2020年第1期49卷 138-146页

作者：张熹雯王红卫朱春雷李胜张继钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 清华大学北京100084

在Ti-47.5Al-3.7(Cr,V,Zr)合金中添加0.05%~0.2%C(原子分数,下同),采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒,通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.05%~0.2%C后... 详细信息

在Ti-47.5Al-3.7(Cr,V,Zr)合金中添加0.05%~0.2%C(原子分数,下同),采用冷坩埚悬浮熔炼方法制备出了层片组织TiAl合金铸棒,通过组织观察、室温拉伸和蠕变性能测试研究了C含量对TiAl合金组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.05%~0.2%C后,合金仍可获得择优取向层片组织。随C含量增加α2层片体积分数略有增加,层片间距呈细化趋势。当C含量超过0.1%时,在α2和γ层片内和层片界面上有细小的Ti2AlC型碳化物析出,碳化物析出相的尺寸和数量随C含量增加有所增加。添加0.05%~0.2%C后提高了合金室温的抗拉强度和屈服强度,且随C含量增加提升幅度逐渐增大,当C含量为0.2%时,分别将抗拉强度和屈服强度提升了101和123 MPa。添加C元素后显著改善了合金的蠕变性能,当C含量为0.1%时蠕变性能最佳,与不含C的合金相比,其塑性蠕变应变降低了一半、相同应变时的蠕变速率降低了1个数量级以上。添加0.1%C提升合金蠕变抗力的机制主要是通过抑制合金在蠕变初期的位错萌生和增殖过程;在γ层片中形成割阶和位错碎片阻碍位错继续运动,使得合金在蠕变第一阶段的应变硬化程度迅速增加;此外,析出的Ti2AlC型碳化物进一步强化层片界面和基体,与层片间距细化共同提高了穿层片滑移位错的运动阻力。

关键词： TiAl合金 C含量层片组织蠕变性能室温拉伸性能

Nb含量对铸造高铝TiAl合金高温强度和室温塑性的影响

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稀有金属材料与工程 2016年第7期45卷 1740-1744页

作者：李海昭张熹雯朱春雷李胜张继钢铁研究总院北京100081

研究了Nb含量对铸造高铝Ti Al合金高温强度和室温塑性的影响。结果表明,合金900℃的抗拉强度随Nb含量的增加先升高后降低,Nb含量在4%-9%（原子分数）之间的高铝合金表现出优异的高温强度水平,其中7%Nb合金最高,达587 MPa。分析认为,在... 详细信息

研究了Nb含量对铸造高铝Ti Al合金高温强度和室温塑性的影响。结果表明,合金900℃的抗拉强度随Nb含量的增加先升高后降低,Nb含量在4%-9%（原子分数）之间的高铝合金表现出优异的高温强度水平,其中7%Nb合金最高,达587 MPa。分析认为,在高Nb合金化固溶强化的基础上,Al/Ti反位缺陷造成的强化效应、层片组织处于拉伸硬取向以及应变诱发的形变孪晶强化也有可能是高Nb含量高铝铸造Ti Al合金900℃具有优异强度水平的重要机制。合金室温塑性随Nb含量的增加而呈线性下降,由2%Nb合金的1.2%降为9%Nb合金的0.3%,这可能是由于B2相随Nb含量的增加而显著增加所致。

关键词：高铝TiAl合金铸造高温强度强化机理室温塑性

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铸造TiAl合金凝固组织的截面尺寸效应

稀有金属 2017年第7期41卷 751-758页

作者：胡海涛张熹雯朱春雷李胜张继钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081

采用数值计算和试验的方法,研究了直径30~50 mm Ti Al合金铸锭凝固组织的截面尺寸效应。结果表明:受径向散热和轴向散热竞争的影响,Ti Al合金铸锭的宏观组织存在竞争生长区、径向生长区和冒口影响区,随铸锭高径比增大,竞争生长区和冒口... 详细信息

采用数值计算和试验的方法,研究了直径30~50 mm Ti Al合金铸锭凝固组织的截面尺寸效应。结果表明:受径向散热和轴向散热竞争的影响,Ti Al合金铸锭的宏观组织存在竞争生长区、径向生长区和冒口影响区,随铸锭高径比增大,竞争生长区和冒口影响区占比减小,径向生长区占比增大。在径向生长区内,对于同一Ti Al合金铸锭,随散热距离的增加,柱状晶宽度增大,但增大的幅度逐渐减小;对于不同直径的Ti Al合金铸锭,在相同散热距离处,较大直径铸锭的柱状晶宽度更宽,且不同直径铸锭柱状晶宽度的差值随径向散热距离的增加而增大。通过拟合径向温度梯度和轴向温度梯度与铸锭直径和轴向散热距离的关系,建立了柱状晶生长方向与铸锭直径和轴向散热距离的关系。通过拟合温度梯度和凝固速率与铸锭直径和径向散热距离的关系,并耦合柱状晶宽度与温度梯度和凝固速率的关系,建立了柱状晶宽度与铸锭直径和径向散热距离的关系。

关键词：铸造TiAl合金尺寸效应柱状晶生长方向柱状晶宽度

铸造高铌Ti-48Al-7Nb-2.5V-1.0Cr合金的热处理工艺

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材料热处理学报 2014年第9期35卷 84-88页

作者：李海昭朱春雷张熹雯张继钢铁研究总院北京100081 高温合金新材料北京市重点实验室北京100081

研究了热处理工艺对Ti-48Al-7Nb-2.5V-1.0Cr铸造合金组织、室温及900℃拉伸性能的影响。结果表明:铸造合金经1200℃/12 h/AC+1320℃/0.5 h/AC两步热处理后获得双态组织(DP);经1200℃/12 h/AC+1350℃/1 h/CC两步热处理后获得近片层组织(... 详细信息

研究了热处理工艺对Ti-48Al-7Nb-2.5V-1.0Cr铸造合金组织、室温及900℃拉伸性能的影响。结果表明:铸造合金经1200℃/12 h/AC+1320℃/0.5 h/AC两步热处理后获得双态组织(DP);经1200℃/12 h/AC+1350℃/1 h/CC两步热处理后获得近片层组织(NL)。由拉伸实验结果可知,同合金铸态组织相比,DP和NL组织合金的室温塑性均得到明显的改善,断后伸长率由铸态的0.4%提高至双态组织的1.2%,近片层组织的1%~2%;但合金的室温及900℃的强度有不同程度的下降。

关键词：热处理铸造高铌合金室温塑性