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度、大比剛度和高溫下的抗氧化性、抗蠕變性等優(yōu)良特點，使其成為航空發(fā)動機葉片的潛在應用材料。然而葉片服役時要長期承受多種交變載荷的作用，使其對材料的強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、固時抽拉速度變化對其凝固組織的影響。實驗結果表明：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，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)力學性能，表明定向凝固的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金比普通鑄態(tài)的力學性能有了明顯提高。定向凝固Ti-47Al-2C

3、r-2Nb合金的斷裂韌性達到20.33MPa·m1/2，抗彎強度達到600MPa。室溫的抗拉強度最高達到652MPa，高溫800℃的抗拉強度最高達到490MPa，伸長率可以達到5％。斷裂韌性與片層間距滿足關系式KIC=9.93+0.0456λ-0.5。800℃的抗拉強度與片層間距滿足關系式σb=413.9+0.332λ-0.5。對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，但高溫時局部微區(qū)會存在延性斷裂。
　　測試了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的高周疲勞性能，試驗條件為室溫環(huán)境、應力比R=0.1。試驗結果顯示抽拉速度為1.0mm/min時，疲勞極限為300MPa，占極限抗拉強度的60%；抽拉速度為1.2mm/min時，疲勞極限為247MPa，占極限抗拉強度的45%。高周疲勞試驗表明抽拉速度為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