高铌含量的高温钛铝合金的进展

《高铌含量的高温钛铝合金的进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、高铌含量的高温钛铝合金的进展GuoliangChen1,JunpinLin,XipingSong,YanliWang,andYunrongRenStateKeyLab.forAdvancedMetalsandMaterialsUniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing,100083,China摘要:γ-TiAl合金已经发展成为两个类别：常规TiAl和高温TiAl合金（通常以高铌含量为特征）。高温TiAl合金的使用温度比常规TiAl合金高60-100°C.本文概述了这类合金的成分、组织和性能的关系。包括高铌含量的准二元相图

2、、Nb、Al和其他少量元素的高温强化机理，组织稳定性和高温蜕化，蠕变特性及组织结构参量与蠕变的关系。本文还指出了最新发展的更高使用温度的TiAl合金。1引言TiAl合金由于其低密度、高比强，较好抗氧化性等优异特性而备受重视。然而，常规TiAl合金的高温性能在较高使用温度范围（例如在760-800°C以上）下尚不能满足使用要求。TiAl合金的高[1,2]温强度非常敏感于应变速率，其位错的滑动和攀移，孪晶的开动具有强烈的热激活特性。仅仅通[3]过改变显微组织来显著提高高温强度是有限的，本文著者的研究指出，Nb能大幅度显著提高γ-TiAl[4,5]合金抗氧化性，另一方面，Nb在

3、TiAl合金中有很高溶解度，因而可能进行高Nb合金化。陈国[6-14]良等进行了Ti-Al-Nb系大量基础研究，并发展了高铌含量的TiAl合金,在1995年第一届TiAl[15]合金国际会议上，会议主席Young-WonKim博士的报告指出，高铌含量的TiAl合金是发展高温高性能TiAl合金的首例。此后几年来，陈协同Young-wonKim,F.Appel,M.H.Loretto,等各国同行大力推进高铌含量的高温TiAl合金的成分、组织、工艺和应用研究，从而使得γ-TiAl合金发展成为常规TiAl合金和高温TiAl合金（高铌含量合金化）两大类。高温TiAl合金（高铌含量合

4、金化）的基本特征为：（1）高温TiAl合金与常规TiAl合金相比，其使用温度高60-100°C。室温强度高300-500MPa。其强度性能与涡轮盘用普通变形镍基高温合金相近，而密度约为其一半。其抗氧化性能远优于常规TiAl合金，而与抗氧化性最好的镍基高温合金相近。（2）高温TiAl合金的基本成分特征是高Nb低Al，例如6/9Nb和45/46Al（本文均用摩尔分数）。可以用C、B、Si、W、Mn和稀土等微合金化技术进一步优化合金。（3）基本组织与常规TiAl合金相同。高温性能最好的组织是全片组织和齿状界面，优化方面是细化晶粒和获得均匀细小平直的片层组织，但要避免稳定的B2相

5、。本文简要介绍高铌含量TiAl合金的成分，组织和性能关系，包括高铌含量的准二元相图、Nb、Al和其他少量元素的高温强化机理，组织稳定性和高温蜕化，蠕变特性及其与组织结构参量关系。还讨论了其可能的应用，和进一步提高使用温度的合金新发展。2Nb合金化对TiAl合金相转变的影响[12]图1是含8Nb和10Nb的Ti-(44-49)Al的准二元相图。对比Ti-Al二元相图（图中用虚线给出），8-10Nb合金化产生了显著影响，可以概括为：（1）提高了熔点（固相线）约100°C。例如，从Ti-45Al合金的约1500°C提高到Ti-45Al-10Nb合金的约1610°C。提高熔点乃是

6、高温合金提高使用温度的基本设计思路。（2）β（B2）相界线（β/α+β相界线）降低50-80°C。β（B2）相区向高Al方向扩大。（3）α相界线降低30°C,α/α+β相界线降低50-100°C。α相区变窄，并向高Al区移动。（4）γ相区向低Al方向移动。例如1050°Cγ相含Al量，从Ti-45Al合金的48Al降低到Ti-45Al-10Nb合金的45.5Al。这一点是有利于室温塑性的。（5）α→α2+γ共析温度提高到约1170°C（8Nb合金）。（6）当Nb超过9.5时，低温α2+γ相区变为α2+γ＋β三相区。由于β相不利于室温塑性，因而限制了Nb合金化的上限。图1含

7、10Nb的TiAl合金的准相图（实线）（虚线为Ti-Al二元相图）3高铌含量TiAl合金的合金化学、显微组织和拉伸性能高温TiAl合金的设计成分范围为：Ti-(45-46)Al-(6-9)Nb-x(W、Mn、Hf)—y(C、B)-z(Y、稀土)高温TiAl合金的基本成分特征是高Nb低Al，典型如6/9Nb和45/46Al。进一步用C、B、Si、W、Mn和稀土等微合金化技术优化合金。W和Hf通过固溶强化，而C通过沉淀强化都显著提高高温强度和蠕变变形抗力。W在合金中呈均匀分布。B合金化有利于细化晶粒和减少凝固偏析。稀土元素如Y和G