冷坩堝定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb的組織性能與高周疲勞.pdf

1、TiAl基合金由于具有高比強(qiáng)度、大比剛度和高溫下的抗氧化性、抗蠕變性等優(yōu)良特點(diǎn)，使其成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的潛在應(yīng)用材料。然而葉片服役時(shí)要長期承受多種交變載荷的作用，使其對(duì)材料的強(qiáng)度與抗疲勞性能要求很高。為了使TiAl基合金滿足這種服役要求，研究改善TiAl基合金組織，從而提升合金的力學(xué)性能尤其是抗疲勞性能具有重要的理論和工程意義。
　　利用冷坩堝定向凝固技術(shù)制備了定向組織良好的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金方錠。主要研究了定向凝

2、固時(shí)抽拉速度變化對(duì)其凝固組織的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著抽拉速度的提高，凝固組織的固/液界面下凹程度增大，柱狀晶生長方向與軸向夾角增大，柱狀晶的二次枝晶臂更加發(fā)達(dá)，而晶粒尺寸和片層間距逐漸減小。抽拉速度與片層間距滿足下面關(guān)系式：λ=126.8×ν-1.5。
　　測試了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的常規(guī)力學(xué)性能，表明定向凝固的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金比普通鑄態(tài)的力學(xué)性能有了明顯提高。定向凝固Ti-47Al-2C

3、r-2Nb合金的斷裂韌性達(dá)到20.33MPa·m1/2，抗彎強(qiáng)度達(dá)到600MPa。室溫的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到652MPa，高溫800℃的抗拉強(qiáng)度最高達(dá)到490MPa，伸長率可以達(dá)到5％。斷裂韌性與片層間距滿足關(guān)系式KIC=9.93+0.0456λ-0.5。800℃的抗拉強(qiáng)度與片層間距滿足關(guān)系式σb=413.9+0.332λ-0.5。對(duì)拉斷試樣的斷口形貌分析表明，斷裂方式由沿著片層面和穿越片層面的混合斷裂組成，無論室溫還是高溫下其均表現(xiàn)為脆性

4、斷裂，但高溫時(shí)局部微區(qū)會(huì)存在延性斷裂。
　　測試了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的高周疲勞性能，試驗(yàn)條件為室溫環(huán)境、應(yīng)力比R=0.1。試驗(yàn)結(jié)果顯示抽拉速度為1.0mm/min時(shí)，疲勞極限為300MPa，占極限抗拉強(qiáng)度的60%；抽拉速度為1.2mm/min時(shí)，疲勞極限為247MPa，占極限抗拉強(qiáng)度的45%。高周疲勞試驗(yàn)表明抽拉速度為1.0mm/min的試樣比抽拉速度為1.2mm/min的試樣疲勞抗性好。分別求出了兩種抽拉