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1、铌在γ-TiAl合金发展进程中的作用Yong-WonKimUES–Materials&Processes4401Dayton-XeniaRoad,Dayton,OH45432,USA关键词：γ钛铝合金，铌，氧化，碳，蠕变，加工摘要:Nb已经成为了γ-TiAl合金中一个很重要的合金元素,γ钛铝合金的成分也从最初的Ti-48Al-2Cr-2Nb发展到现在所用的Ti-45Al-(5-8)Nb。成分的这些改变起初的主要目的是为了提高合金的抗氧化性，屈服强度以及蠕变性能；然而在带来这些有利的转变的同时，却以降低合金的韧性为代价。本篇论
2、文旨在讨论如何获取能够进一步提高合金抗氧化性能和蠕变性能，并且有可能同时提高合金断裂韧性的途径。1前言工程γ-TiAl合金可以根据它们的使用温度进行分类，而使用温度则随着添加Nb含量的增多得到提高。在不同的组别当中，它们最大的区别在于Nb和Al的含量不同，Al的含量已经从最初的48%降到现在的45%，而Nb的含量则从最初的2%提高到了10%。实验证明Nb是提高合金抗氧化性能最有效的合金元素，而Al含量的降低可与Nb共同发挥作用，并有助于稳定片层组织和提高合金的强度水平。由于成分变化所带来的合金韧性的降低，必须探讨一种可行的细
3、化和均匀化组织的工艺。在TiAl合金中偏析于针状和条带状硼化物周围的Nb元素也成为了必须解决的另外一个问题。Nb元素的添加通过其固溶强化的作用很大程度上改善了合金的蠕变性能；然而合金蠕变性能的进一步提高有赖于少量的C或Si的加入从而起到沉淀强化的作用。本论文将在已研究成果的基础上并利用试验结果分析讨论以上提及的几个方面问题。2TiAl合金发展进展γ-TiAl合金是一种基于γ-TiAl的一种金属间化合物合金，正在成为当前研究结构材料技[1-2]术的热点。在过去年代里，全世界范围内发展很多这方面的合金，表1按照产生的年代顺序列出
4、了一些代表性的合金。一般来讲，工程用γ-TiAl合金的成分范围可以表示为Ti-45(45-48)Al-(0-2)(Cr,Mn)-(1-8)Nb-xB-yC-zSi。从表1中可以看到，Al含量是逐渐降低而Nb含量则是逐渐升高，这点反映在使用温度的不断提高上。硼元素的添加逐渐变得普遍，作为一种晶粒细化的途径，硼在锻造合金中的添加量要稍微少于在铸造合金中的添加量。一般还在合金中添加少量碳或硅元素来提高合金的蠕变抗力。最初为了提高合金塑性而加入的Cr和Mn，随着合金成分的变化而逐渐变得不重要，但是这种凭经验来决定合金成分的方法还有待
5、进一步的研究来验证。表1工程γ-TiAl合金进展名称成分(摩尔分数%)用途加工文献GE/ALDTi-48Al-2Nb-2Cr低压涡轮机叶片C3,4/阀门HowmetTi-(45,47)Al-2Nb-2Mn-0.8v%TiB2叶片/阀门C5GKSS/RRTi-47Al-1.5Nb-1Mn-1Cr-0.7(Si,B)高压压气机叶片W6ABBTi-47Al-2W-0.5SiLB涡轮机叶片C7PlanseeTi-45.5Al-4(Cr,Nb,Ta,B)板材W8395MMTi-46Al-4(Cr,Nb,Mo)-x(B,C)高压压气机轮
6、盘WAF-K5Ti-46Al-3Nb-2Cr-0.3W-0.2B-0.4(C,Si)轮盘，阀门W9,10MHITi-46Al-6.5Nb-0.6Cr-0.2Ni涡轮增压机C11Plansee/GKSSTi-45Al-5Nb-xB-yC阀门/板材/叶片W/C12DelWestTi-44Al-6Nb-xW-xB阀门WAFTi-45Al-xNb-y(W,Hf,Mo)-z(B,C,Si)抗氧化WP:加工;C:铸造；W:变形表1中合金成分的变化反映了合金使用温度的提高取决于抗氧化性和抗蠕变能力的提高。因此合金可以依据使用温度的高低来分
7、为5组，依次如下：A组:Ti-48Al-2Cr-2Nb(4822)Ti-(45,47)Al-2Mn-2Nb-0.9vol%TiB2(XD)B组:Ti-(45-47)Al-(1-2)Cr-(1-2.5)Nb-(0-2)(W,Mo,Ta)-(0-1)B-(0,0.2)CC组:Ti-(45.5-46.2)Al-(1-2)Cr-3Nb-0.2W-xB-yC-zSi(K5)D组:Ti-45Al-(5-8)Nb-xB-yCE组:Ti-(44-45.5)Al-(0-1)Cr-(5-7)Nb-wRE-xB-yC-zSi2.1A组合金A组合金
8、是具有两种明显不同显微组织的铸造合金：4822合金具有粗大的铸造双态组织而XD合金则具有细小的近全片层组织。这两种合金在20世纪90年代得到了广泛的研究。工业上的应用主要着重于利用这些合金的低制造成本来应用于一些低风险低使用温度的设[1，3，5]备，比如气涡轮机（低压涡轮叶片）和汽车发动机
