TiAl基合金的室温拉伸二次微裂纹形核与扩展研究文献综述

 2021-10-25 21:28:44

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1背景介绍TiAl基金属间化合物（也叫TiAl基合金）是一种新型轻质的高温结构材料[1]，密度不到镍基合金的50%，Ti-Al系有多个金属间化合物，根据Al含量的高低，TiAl合金可分为γ单相合金（原子分数xAl>=49%）和 2双相合金(原子分数xAl<49%)。

双相tial基合金具有轻质，高比强，高比刚，耐蚀，耐磨，耐高温以及优异的抗氧化和抗蠕变性等优点[2]，并具有优异的常温和高温力学性能,在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度,使用温度可达到700～1000℃，这些优点使其成为航空用发动机及汽车耐热结构件最具竞争力的材料。

表1为tial基合金与其他合金的性能对比[3]。

虽然该合金具有如此多的优异性能，但它也有很多问题面临解决，例如tial合金的室温塑性比较差，并且伴随着成形性能比较差[4]。

对于1000℃以上使用的高温部件具有相对较低的高温强度，800℃以上的抗氧化性能不足，拉伸强度，塑性与断裂抗力，蠕变抗力具有相反关系等缺点[4,5]。

为了改善tial基合金在实际应用中的制约因素，我们需对tial基合金的性能进一步分析研究。

表1="" tial合金与ti合金以及ni基合金的性能对比[3]="" 合金="" 密度/g*cm-3="" 弹性模量/gpa="" 蠕变极限/c="" 氧化极限温度/c="" 室温塑性/%="" 高温塑性/%="" 拉伸强度/mpa="" 屈服强度/mpa="" tial="" 合金="" 3.7-4.1="" 160-180="" 750-950="" 800-950="" 1-4="" 10-600="" （870c）="" 450-700="" 400-630="" ti合金="" 4.5-4.6="" 96-110="" 600="" 600="" 10-25="" 15-50="" 480-1200="" 380-1150="" ni基合金="" 7.9-9.5="" 190-210="" 800-1090="" 870-1090="" 3-25="" 20-80="" (870c)="" 1250-1450="" 800-1200="" 合金的室温组织与其性能密切相关，tial基合金在不同的热处理制度下能够得到以下四种不同的组织[6]（图1）：（1）全片层组织（fl），由较大的片层团组织；（2）近片层组织（nfl），由较大的片层团以及片层团晶界处的b2相和等轴的tial相组成；（3）近γ组织（ng），由大量粗大的γ等轴晶和少量细小的γ 2混合组成；（4）双态组织（dp），由细小的片层团和细小的γ 2等轴晶混合组成，二者的比例接近1:1。

="" 在这四种组织中，以全片层组织和双态组织的力学性能相对较好，其中全片层组织的强度高，断裂韧性高，但是塑性一般[7]，而双态组织的强度一般，但塑性较好。

因此对于tial基合金来说，晶粒细小的全片层组织会具有优异的综合力学性能，在有着良好强度的同时，也就具有良好的塑性。

="" 图1="" -tial基合金的四大显微组织[6]="" 2="" tial基合金的发展="" 第一代tial合金：普惠航空发动机公司于1974-1982年进行了第一代tial合金材料的研究，在1979年开发出了具有较好综合性能的合金成分:ti-48al-1v-0.1c，通过一系列的性能测验和试验研究，该合金断裂韧性较好，可以进行机械加工，可铸，但由于室温塑性和冲击韧性比较低，导致铸件容易产生表面疏松，还是不能完全满足发动机部件的性能要求，主要应用于发动机压气机叶片毛坯和发动机低压涡轮叶片。

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