《新型輕質高溫γ1 +γ雙相TiAl-Nb金屬間化合物的強韌化機制》是依託北京科技大學，由林均品擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型輕質高溫γ1 +γ雙相TiAl-Nb金屬間化合物的強韌化機制
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：林均品
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在前期Nb-TiAl合金和γ1相的研究基礎上，本基金提出利用一種新的高溫穩定相γ1相（Ti4Nb3Al9）增強高溫變形抗力、提高高溫力學性能，同時利用高Nb化大幅度降低γ相層錯能提高高溫蠕變強度；採用γ和γ1雙相的配合和高Nb化降低層錯能，引入豐富的孿晶，協調室溫和高溫變形，保證室溫下合金具有一定的韌性和塑性。從γ1相和γ相的相關係研究出發，控制其分布、形態、比例；通過研究兩相高低溫變形機理及組織參量的影響規律、雙相金屬間化合物的室溫和高溫力學性能，得出成分-組織-性能關係；結合微合金化，進一步最佳化組織參量、高低溫力學性能和高溫抗氧化性，最終得出γ+γ1雙相金屬間化合物的組織控制原則和強韌化機制。為發展服役溫度900-1100℃、具有優異的高低溫綜合力學性能，有我國自主智慧財產權的新一代輕質超高溫TiAl-Nb金屬間化合物合金打下堅實的基礎。同時，也將豐富高溫金屬間化合物的強韌化理論。
結題摘要
TiAl金屬間化合物具有低密度、較高彈性模量以及良好的高溫強度、抗蠕變和抗氧化能力。TiAl合金具有優越的高溫性能，與現在廣泛使用的Ni基高溫合金相近，而且密度僅為Ni基高溫合金的一半，因此被認為是Ni基高溫合金的最具潛力的替代材料。美國採用鑄造TiAl合金套用於最新的波音787民用飛機的GEnx發動機，作低壓渦輪後兩級葉片，單個發動機減輕重量約200磅。目前，美國把TiAl合金套用擴展到747-8等民用飛機發動機上。但普通TiAl合金無法滿足高於750–850 ℃使用溫度的需求，Nb元素的添加可以有效提高TiAl基金屬間化合物的高溫強度和抗氧化性能。Nb在TiAl 中有高達20-30%的固溶度，因此在前期Nb-TiAl合金和γ1相的研究基礎上，本基金提出利用一種新的高溫穩定相γ1相（Ti4Nb3Al9）增強高溫變形抗力、提高高溫力學性能，同時利用高Nb化大幅度降低γ相層錯能提高高溫蠕變強度；採用γ和γ1雙相的配合和高Nb化降低層錯能，引入豐富的孿晶，協調室溫和高溫變形。力圖發展使用溫度達到1000-1100℃的新型TiAl-Nb合金。確定了TiAl＋Nb系不同成分合金之間的相關係, 進一步證實了在TiAl＋Nb系中存在一個新的三元有序金屬間化合物為γ1相，Ti4Nb3Al9合金為γ1單相。對於Ti-53Al-18Nb合金，γ1相的析出溫度為1250-1400℃之間的某個溫度區間。γ1相的長度約為2-10 μm，形狀為窄薄片狀。γ1相在γ基體中有主要有兩種分布規律：即γ1相之間分布的夾角為120°和90°兩種。γ1相在γ基體中是以兩種不同薄片形式存在，Ⅰ型片層與Ⅱ型片層，Ⅰ型片層尺寸較大可以達到十幾微米甚至幾十微米，Ⅱ型片層通常只有幾個微米大小，二者厚度均為納米級別。γ+γ1雙相合金表現出優異的高溫力學性能，1100℃的高溫強度高達400-450MPa，其比強度遠高於鎳基高溫合金。γ1相合金存在著強度隨變形溫度上升的R’ 現象。變形組織中存在大量的孿晶和層錯，說明Nb大幅度降低了層錯能，促進孿生變形。這種輕質超高溫金屬間化合物合金可以採用傳統的製備技術加工。發展目標是服役溫度1000-1100℃, 比高Nb-TiAl和鎳基高溫合金有更高的比強度和使用溫度，有望可以替代更高使用溫度的高溫材料，達到減重的目的，大幅度提升航空航天飛行器的性能。
