高温合金讲义第十一章共79页文档
第三章(高温合金的焊接)
微量元素聚集于晶界，形成低熔点共晶组织，导致裂纹敏感 性增大。
其中，S、P、C、B明显增加裂纹敏感性； Si、Mg稍微增大裂纹敏感性。
铝钛含量较低（＜4%）的沉淀强化高温合金：中等结晶裂 纹敏感性，裂纹敏感系数K=10%~15%，属于可焊合金，适于制造 结构简单的焊接件。
40多年来，结合我国航空发动机研制和生产的需要，研究、 试制和生产了100多种高温合金，总计产量达6万吨左右。从60年代开 始，为适应我国航天工业的发展，先后为各种火箭发动机研制了一批 高温合金，其中有些是专为航天工业的需要而开发的。1964年，高温 合金开始推广应用到民用工业部门，如柴油机增压涡轮、地面燃气轮 机、烟气轮机、核反应堆燃料空位格架等等，并相继开发出一批高温 耐磨和高温耐蚀的高温合金。
晶界强化元素：B、Zr、Hf、Mg、La、Ce等 ① B：微量B在晶界偏聚，减少晶界缺陷，提高晶界强度，
改善晶界形状，防止晶界片状、胞状相析出，提高合金热强 性和持久寿命。
② Zr：Zr的作用与B相似，但比B稍弱。 ③ Mg：微量Mg偏聚于晶界和相界，使晶界碳化物球化， 抑制晶界滑移，减少楔形裂纹形成，从而改善合金塑性和蠕 变性能。 ④ Hf：改善晶界和枝晶状态，降低热裂纹倾向，提高合 金室温和高C6型碳化物，提高合金高温持久性
W、Mo：① 强的固溶强化元素。W、Mo提高原子结合力，产生 晶格畸变，提高扩散激活能，减缓扩散过程，同时合金的再结晶 温度升高，从而提高合金高温性能。
② 碳化物形成元素。主要形成M6C碳化物，沿晶界分 布可对合金强化起更大作用。
Co： ① 降低基体层错能，提高持久强度，减小蠕变速率。 ② 稳定合金组织，减小有害相的析出。
高温合金热处理
本标准适用于常用高温合金的热处理。专用技术文件或订货合同另有规定者除外。
2 引用标准
w GBn 175
GB 228
w GB 230
GB 231
w GB 6395
GB 7232
.b GB 9452 z GB 10066.1 x GB 10067.1
GB 10067.4
高温合金牌号 金属拉伸试验法 金属洛氏硬度试验方法 金属布氏硬度试验方法 金属高温拉伸持久试验方法 金属热处理工艺术语 热处理炉有效加热区测定方法 电热设备的试验方法 通用部分 电热设备基本技术条件 第一部分 通用部分 电热设备基本技术条件 第四部分 间接电阻炉
J 36
JB/T 7712－1995
www.高b温zx合z金w热.处co理m
1995-06-20 发布
1996-01-01 实施
中华人民共和国机械工业部 发 布
中华人民共和国机械行业标准
高温合金热处理
JB/T 7712－1995
1 主题内容与适用范围
本标准规定了高温合金的热处理设备，工艺、工艺材料，工艺过程的控制及质量检验等。
5
JB/T 7712－1995
5 工艺过程控制
5. 1 装炉 5. 1. 1 工件入炉前，表面应进行清洗除油、除污；对于加工余量小于 0.3mm 或无加工余量的工件， 表面应保持干燥洁净，入炉前应无指印、标志液、水及其他污染。 5. 1. 2 热处理夹具接触工件的部分应具有与热处理工件相同的清洁程度。 5. 1. 3 工件的摆放应能使炉气在其内外表面流动畅通、加热均匀。 5. 1. 4 装炉量要适当，使工件能在工艺规程规定的时间内回复到工艺规定的温度。 5. 1. 5 工件应定位或放在专用夹具上，避免或减少工件在热处理过程中变形。 5. 1. 6 盛放工件的料盘、料筐或夹具在炉内放置位置要合适，使全部工件都处于炉子有效加热区内。 5. 2 加热 5. 2. 1 对于尺寸较大、形状复杂的工件，固溶处理加热时应采用预热或分段加热。预热加热温度一般 为 800~850℃；固溶处理温度在 1000℃以上，一般采用两段或两段以上的分段加热。 5. 2. 2 对于有预热或分段加热的热处理，工件应在预热温度以下入炉；无预热或无分段加热时，工件 应在炉子到达工艺温度后入炉。 5. 2. 3 工件装炉后，按规定的热处理规范加热，控温精度为±10℃。 5. 3 保温时间 5. 3. 1 当炉内所有热电偶指示温度都达到热处理工艺规定的温度下限时，开始计算保温时间。 5. 3. 2 保温时间应根据工件最大有效厚度选择。热处理过程的保温时间参照表 1~表 3。 5. 4 冷却 5. 4. 1 根据合金性能要求、工件形状和尺寸，可选择空冷、油冷、水冷、炉冷等。 5. 4. 2 对需焊接或冷成形的材料，应快速冷却。 5. 5 清理 5. 5. 1 热处理后，工件可用碱洗、酸洗、喷砂、喷丸或机加工等方法除去氧化皮。 5. 5. 2 在进行多次加热时，可在最后一次加热后清除氧化皮。 6 检验
镍基高温合金
镍基高温合金(w a s p a l o y 加工工艺)(总8页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March镍基高温合金(如In718、Waspaloy等)具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，是典型的难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。
由于涡轮盘是航空发动机的关键部件之一，在应力、温度和恶劣的工作环境条件下容易产生疲劳失效，因此涡轮盘材料及制造技术是研制高性能航空发动机的关键。
由于涡轮盘上的异形孔由若干圆弧和直线组成，形状复杂，加工时要求各组成段位置准确、过渡圆滑而不产生加工转折痕迹，表面粗糙度符合工艺要求，因此该高温合金异形孔的加工是涡轮盘加工的难点。
目前，航空发动机制造商均采用电火花加工方法加工镍铬耐热合金异形孔，但是电火花加工过程中产生的热影响层难以用普通的磨削、研磨方法去除，往往需要用磨料射流等特殊工艺去除该变质层，加工效率低，生产成本高。
因此，对高效低成本的镍基高温合金异形孔加工方法的研究越来越受到人们的高度重视。
本文通过钻削、铣削与磨削工艺的不同组合、选用新型涂层刀具及适当的加工参数加工镍基高温合金异形孔的工艺试验，讨论了用铣削和磨削加工方法代替电火花方法加工镍基高温合金异形孔的可行性。
2 工艺试验与分析1.试验条件切削试验在加工中心上进行，被加工异形孔的形状和尺寸见图1：异形孔的截面由6段圆弧和2段直线组成，孔深10mm。
试验中分别采用以下工艺：①钻削Ø6mm圆孔→铣削异形孔；②钻削Ø6mm圆孔→磨削异形孔；③钻削Ø6mm圆孔→铣削异形孔→磨削异形孔。
三种不同工艺过程的加工条件、工艺参数见表1。
钻削↓磨削磨削188333直径Ø4mm、长6mm的圆柱形氧化铝砂轮(铬刚玉)，等级RA120，柄部直径Ø3mm钻削↓铣削↓磨削钻削Ø6mm硬质合金涂层钻头2258-铣削铣磨孔1Ø4mm多层(TiAlN，TiCN，TiN)PVD涂层球形铣刀，2刃，刃长25mm，铣刀总长100mm，柄部直径Ø6mm，直柄52333铣磨孔2104666磨削直径Ø4mm、长6mm的圆柱形氧化铝砂轮(铬刚玉)，等级RA120，柄部直径Ø3mm188333工件材料：In718镍基高温合金冷却液：浓度为9%的乳化液，压力30Bar图1 异形孔的截面形状与尺寸图2 采用不同工艺获得的异形孔表面粗糙度1.分别采用工具显微镜和图像采集系统测量铣刀和砂轮的磨损，记录磨损形貌。
镍基高温合金
金属材料学
发动机涡轮盘用高温合金
•喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高
温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工 性能。 •快凝组织特性又奠定了其性能优势，包括远优于铸锻工艺、 相当或高Ｆ粉末冶金工艺的强度与持久寿命，优于粉末冶 金工艺的塑性、韧性及低周疲劳寿命，因晶粒细化而改善 的热加工性能等。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
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发动机涡轮盘用高温合金
•就涡轮盘材料而论，除广泛使用的粉末盘 及其发展型的双性能粉末盘、三性指粉末盘 外，细晶变形盘由于成本低也被看好。 •俄罗斯就坚恃认为采用传统熔铸变形盘，
完全可满足第四、五代发动机的需要。
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西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
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发动机涡轮盘用高温合金
•由于传统变形盘的工艺设备均能使蔼用， 且材料利用率高，成本明显低于粉末盘， •因此，喷射盘有可能成为粉末盘的强劲对 手，是一种有极大发展潜力的制备技术。
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
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航空发动机叶片材料
晶。
•发展的趋势是将结构一材料－工艺统一考虑，即
开发lamiloy技术，采用铸造及激光打孔工艺直按
制造发散冷却孔道。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
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航空发动机叶片材料
•金属间化合物与韧性金属组成的微叠层复合材料 作为叶片的“热障涂层”受到重视。
•该技术依靠耐高温金属间化合物提供高温强度和
轮温度和转速提高；
西北工业大学
Ch11复合材料
§11.3 常用复合材料
“金龟子”轿车的碳纤维车架
2020/2/6
一、树脂基复合材料
§11.3 常用复合材料
碳纤维轮毂
2020/2/6
碳纤维自行车架
一、树脂基复合材料
§11.3 常用复合材料
碳纤维复合材料高速列车刹车片
2020/2/6
碳纤维齿轮
一、树脂基复合材料
§11.3 常用复合材料
荷兰世界最长碳纤维复合材料桥，长24.5米，宽5米
第十一章 复合材料
§11.1 复合材料概述 §11.2 增强材料及复合增强原理 §11.3 常用复合材料
2020/2/6
复 合 材 料 船 体
2020/2/6
2020/2/6
2020/2/6
管接头（宇宙飞船上用）
用Beralcast363复合材料，刚度比铝材高3倍以上， 零件减轻22％，与石墨等匹配很好，减少了焊接应力。
2020/2/6
三、复合材料的性能
§11.1 复合材料概述
2020/2/6
三、复合材料的性能
§11.1 复合材料概述
2020/2/6
三种材料的疲劳强度
三、复合材料的性能
§11.1 复合材料概述
2020/2/6
两种材料的振动衰减特性
三、复合材料的性能
§11.1 复合材料概述
2020/2/6
§11.2 增强材料及复合增强原理
一、树脂基复合材料
§11.3 常用复合材料
2020/2/6
酚醛树脂玻璃钢齿轮
BMW汽车车门内衬
一、树脂基复合材料
§11.3 常用复合材料
玻璃钢复合材料是指玻璃纤维增强塑料及其它纤维和填料或改性 的树脂基复合材料，玻璃钢/复合材料管道和容器逐渐取代普通钢材、 不锈钢和稀有贵重金属等传统材料。
高温合金和铸铁优秀PPT
❖ 提高高温合金的热强性，就是使合金在高温下具有阻碍蠕变过程发展的能力 （1）用高熔点金属作为合金的基体。高熔点金属，原子间结合力强，高温下不
易产生塑性变形，也就是抗蠕变能力强，熔点较高。可能作为高温合金基体的金属 如表3-15所示。
钛、铌、钼、钨虽然熔点较高，但钛化学活性大，易吸收气体而污染，目前只 能使用在600℃以下。铌、钼、钨高温下氧化太快，加之钨比重很大，目前都未能 成为实用高温合金的基体金属。现在常用高温合金基体金属仍以铁、镍、钴为基。
表示，右上标为温度，右下标为变形速度。
B、持久强度：金属在一定温度下，在规定时间内合金断裂时的应力值，用符
号
表示：指金属在一定温度和应力作用下断裂的时间，用符
号 T C 表示，单位为小时。 C、表面热稳定性 — 抗氧化和抗腐蚀性能
高温氧化是氧与合金元素作用生成各种氧化物的现象。一般用在一定温度下，
高温合金和铸铁
由此可知，作为高温合金材料必须具备如下的基本要求： （1）高的热强性：合金在高温下具有高的抵抗塑性变形和断裂的能力。 （2）高的热稳定性：合金在高温下具有高的抵抗氧化和燃气腐蚀的能力。 （3）良好的工艺性能：即合金在冶炼、铸造、锻造、冷压、焊接、热处理和 切削加工方面具有满意的工艺性能，便于加工成成品。
一定时间内，每平方米内增重的克数来比较合金的抗氧化能力。
热腐蚀是近年来发现的问题。机理仍未完全弄明白。一般认为是由于燃料中的
杂质硫、钒、钠等在高温燃烧时，生成熔融状态的Na2SO4粘附于零件表面上，发
生复杂的反应而使材料迅速破坏。
抗氧化和抗腐蚀性能是评定工业燃气轮机和船用燃气轮机材料的重要性能指
标。
3、提高高温合金耐热性的途径：合金耐热性，包括热稳定性和热强性两个方面。 ❖ 提高高温合金热稳定性的措施：
有色金属的焊接培训讲义
中煤平朔集团井工一矿“刘伟”创新工作室内部讲义有色金属的焊接培训授课人：刘伟日期：2016.1.8目录1铝及铝合金的焊接 (1)1.1铝及铝合金的分类及特性 (1)1.2铝及铝合金的焊接性 (2)1.3铝及铝合金的焊接工艺 (7)2铜及铜合金的焊接 (15)2.1铜合金的分类及特性 (15)2.2铜及铜合金的焊接性 (15)2.3铜合金的焊接工艺 (18)3钛及钛合金的焊接 (21)3.1钛及钛合金的性能和分类 (21)3.2钛及钛合金的焊接性 (21)3.3钛及钛合金的焊接工艺要点 (23)4高温合金的焊接 (25)4.1高温合金分类及简介 (25)4.2合金元素对高温合金焊接性的影响 (26)4.3焊接方法及工艺 (27)1铝及铝合金的焊接1.1铝及铝合金的分类及特性铝具有密度小、耐蚀性好、导电及导热性能优良等特点。
在化学活性方面，铝非常活泼，在空气中易在其表面上形成十分致密的Al2O3薄膜，可防止硝酸及醋酸的腐蚀。
但在碱类及含有氯离子的盐类溶液中，这层薄膜将被破坏，引起腐蚀。
1、工业纯铝：其铝含量的纯度为98.8-99.7%，其余为Cu、Si、Fe、Zn等杂质，强度较低。
2、铝合金：为提高纯铝的强度，常在其中加入少量合金。
如：Cu、 Mn、Mg可提高其强度；Ti可细化晶粒；Mg可提高耐蚀性；Ni能提高耐热性等。
成分于D′右边的合金，具有共晶组织，为铸造铝合金，适合于铸造而不适于压力加工； D′左边的合金，为变形铝合金，加热时能形成单相固溶体，塑性好，适合于压力加工。
其中，F点左边的变形铝合金，不能进行热处理强化，为非热处理强化铝合金；在F点和D′点之间的合金，可进行热处理强化，称为热处理强化铝合金。
图1 铝合金的平衡状态图Ⅰ—变形铝合金；Ⅱ--铸造铝合金；1--非热处理强化铝合金；2--热处理强化铝合金非热处理强化变形铝合金如Al-Mg合金、Al-Mn合金，其强度较好，塑性和耐蚀性好，焊接性优良，故其应用十分广泛；热处理强化变形铝合金的焊接性较差，焊接时易出现裂纹，故其应用较少；铸造铝合金的焊接性较好，可对其出现的常规铸造缺陷进行焊补。
九年级物理下册 第11章 物理学与能源技术 4 核能课件 (新版)教科版
聚变
质量小的原子核结 合成较大原子核的 过程
超高温
释放核能的大小
巨大
更加巨大
是否可控 应用
裂变的链式反应可控 原子弹、核电站
聚变目前不可控
氢弹、太阳 内部爆炸
俄罗斯的切尔诺贝利的核电站事故造成的辐射 污染波及了白俄罗斯、俄罗斯及乌克兰的大片 领土。各类辐射病、癌症、神经紧张、居民被 迫疏散等后期影响还深深的留在人们的心中。 有的同学提出，既然核电站有这么大的危害， 就不用建造核电站。你认为这种观点合理吗？ 提出你的看法。
核辐射标志
链式反应如果不加以 控制，大量原子核就在一 瞬间发生裂变。释放出极 大的能量。
在人类实现可控核裂 变大约三年后，即1945年， 利用不加控制的核裂变制 造的毁灭性武器——原子 弹爆炸了。
核聚变
将质量较小的原子核结合起来，也会释放 出巨大的核能。
氘氚
聚变
氦核
中子 能量
氘核与氚核在超高温下结合形成氦核和一个 中子，能释放大量核能。这一过程就是聚变。
自然界中的热核反应
自然界中，太阳内部的 温度高达摄氏1千万摄 氏度以上，在那里就进 行着大规模的聚变反应。 太阳辐射出的光和热， 正是由聚变反应释放的核能转化而来的。可以说，地 球上的人类每天都享用着聚变释放出的能量。
核裂变和核聚变的区别
比较
定义
条件
裂变
较大原子核分裂为 较小原子核的过程
中子轰击较大原 子核
聚变又叫热核反应
一个氘核由一个质子和一个中子组成，一 个氚核由一个质子和二个中子组成，它们发生 聚变反应结合成由二个质子和二个中子组成的 氦核时，要放出一个中子，并释放出核能。
一定质量的氘核和氚核聚变时放出的能 量要比等量的铀核裂变时放出的能量大几倍。
高温合金概述
合用标准文案高温合金高温合金及其发展大概高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在 600℃以上温度，必定应力条件下适应不一样样环境短时或长时使用的金属资料。
拥有较高的高温强度、塑性，优异的抗氧化、抗热腐化性能，优异的热疲倦性能，断裂韧性，优异的组织牢固性和使用可靠性。
高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下拥有优异的组织牢固性和使用的可靠性，基于上述性能特色，且高温合金的合金化程度很高，故在英美称之为超合金（ Superalloy ）。
高温合金于 20 世纪 40 年代问世，最初就是为满足喷气发动机对资料的耐高平易高强度要求而研制的，高温合金的发展与航空发动机的进步亲近相关， 1939 年英国 Mond镍公司第一研究出 Nimonic75 ，随后又研究出 Nimonic80 合金，并在1942 年成功用作涡轮气发动机的叶片资料，此后该公司又在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，接踵开发成功 Nimonic80A、 Nimonic90 等合金，形成Nimonic 合金系列。
现在先进航空发动机中高温合金用量已高出50%。
其他，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域获取广泛的应用。
高温合金在满足不一样样使用条件中获取发展，形成各种系列的合金，除传统的高温合金外，还开发出一批高温耐磨、高温耐蚀的合金。
高温合金是航空发动机、火箭发动机、燃气轮机等高温热端部件的不能够代替的资料，由于其用途的重要性，对资料的质量控制与检测特别严格。
高温合金的基本用途仍旧是游览器的燃气轮发动机的高温部分，它要占先进的发动机重量的50％以上。
可是，这些资料在高温下极好的性能已使其用途远远高出了这一行业。
除了航空部件之外，规定将这些合金用于舰船、工业、陆地发电站以及汽车用途的涡轮发动机上。
详尽的发动机部件包括涡轮盘、叶片、压缩机轮、轴、燃烧室、后燃烧部件以及发动机螺栓。
除了燃气发动机行业之外，高温合金还被选择用于火箭发动机、宇宙、石油化工、能源生产、内燃烧发动机、金属成形( 热加工工模具 ) 、热办理设备、核电反响堆和煤变换装置。
高温合金教材重点
注意：1、M 和Mo 是非常有效的固溶强化元素，W 在γ和γ`相各占一半，W 既强化γ也强化γ`相，而Mo 主要溶解于γ相，对固溶强化起主要作用。
2、Nb 和Ta 主要溶解于γ`相，对固溶强化也起主要作用。
3、Re 原子在γ基体中易形成短程有序原子团，阻碍位错运动。
4、V 对变形镍基高温合金的热加工塑性有明显提高，少量V 使铁基高温合金消除缺口敏感性。
5、Ru 是一种有效的固溶强化元素，可抑制TCP 相，明显改善高温蠕变强度。
第四章 合金高温的沉淀强化及合金元素的作用4.1 沉淀强化机理4.1.1共格应变强化机制1.晶格常数相差越大（即点阵错配度）愈大，γ'相周围应力场越强，造成的效果越显著。
γγγ']/a a -[a ε2.凡是能够提高γ'相晶格常数的合金元素：如Nb 、Ti 和Ta 等，都增加γ'相周围的宫格相变，起显著强化作用。
凡是大部分能进入γ奥氏体的合金元素：如Mo 、Fe 和Cr 等固溶强化元素，都能提高γ奥氏体的晶格常数，从而降低γ和γ'相的共格应变。
γ''相为体心立方结构，晶格常数更大。
造成γ/γ'及γ/γ''相点阵错配度大大增加。
3.错配度太大的合金，在高温下γ'相变得很不稳定，容易聚焦长大，而松弛弹性应力。
Γ错配度小的合金，γ'相在高温稳定，因而对抗蠕变性能特别有利，通常表现为错配度越小，高温抗蠕变性能越好。
4.1.2 Orowan 绕过机制在高温合金γ奥氏体基体内弥散分布的沉淀相颗粒，当这些颗粒比基体硬，强度比基体高，颗粒间距较大或者是与基体没有共格关系的外加弥散质点时，运动位错不能切割这些质点，而只能通过绕过方式越过这些障碍。
4.1.3位错切割有序颗粒机制当高温合金γ基体中沉淀相硬度较硬，强度不高，且与基体γ共格，具有公共的滑移面。
且博格斯矢量相差很少或者基体中的全位错是沉淀相的半位错时，运动位错以切割γ'相形式越过障碍。
2-高温合金
等轴多晶体
定向凝固柱状晶
单晶
4、机械合金化高温合金
这种技术是通过高能球磨，将元素或合金粉末机械 混合、均匀分布以实现合金化。适用于生产氧化物 弥散强化合金、 非晶、超饱和固溶体及纳米材料.
氧化物弥散强化(ODS)合金是采用独特的机械合金化 (MA)工艺, 超细的(小于50nm )在高温下具有超稳定 的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中, 而形 成的一种特殊的高温合金.
制出的单晶合金，其使用温度接近合金熔点的90％，至今，各国先进航空发动
机无不采用单晶高温合金涡轮叶片。
我国高温合金发展历程
第一阶段, 从1956 年至20 世纪70 年代初是我国高温合金的创业和起始阶段. 在苏联专家的指导下炼出的第一炉高温合金G H 3030, 拉开了我国研制和生 产的序幕。自主开发了一批新合金, 特别针对我国缺N i 少C r 的资源情况, 研制 出一批铁镍基高温合金。
制造工艺对高温合金的发展起着极大的推进作用。
二十世纪40年代～50年代中期： 通过合金成分的调整来提高合金的性能。
二十世纪50 年代：
出现了真空熔炼技术，去除合金中有害杂质和气体，精确控制合金成分，如 Mar-M200、In100和B1900等高性能的铸造高温合金。
二十世纪60年代：
定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤、等温锻造等新型 工艺的研究开发。其中定向凝固工艺所起的作用尤为重要，采用定向凝固工艺
性能对尺寸的影响不敏感。
3、合金化程度高：含有Cr、 Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、 Al、Ti等十多种元素。起固溶强化、第二相强化、晶界强
化等综合强化作用。
4、耐蚀性好：耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的腐蚀。 耐高温腐蚀和氧化。 5、铸造镍基高温合金可进一步提高合金化程度，从而具有更 高的高温强度。镍基高温合金的使用温度已接近1100℃。
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*抗氧化性能好，Al含量为75％，是Ti-Al系中唯一能在空气 中生成Al2O3氧化膜的金属间化合物。 *比强度，比模量高
TiAl3 TiAl Ti3Al Ti Al E/ 0.63 0.47 0.28 0.27 0.26
*作为新型高温轻质材料一直受到关注 缺点：室温下很脆
改善塑性的努力
➢微合金化：用微合金化来促进DO22结构TiAl3的{111}<112] 孪生或(001)<110]滑移，从而改善塑性，但未获成功。
➢宏合金化：加入第三元素，改变四方的DO22结构，使其 成为L12，从立方晶体所具有的独立滑移系数目来看，对 TiAl3变形性能的改善是十分有利的。
事实上，TiAl3中加入第四周期中从Cr到Zn以及某些第五、 第六周期元素，都能实现结构转变，在室温下都有相当 程度的压缩塑性。
(A)的情况下，两个有序畴之间或者没有界面，或者形成一 个平移有序层错畴界。(B)和(C)是等价的，其界面是120旋 转有序层错畴界。相邻两个有序畴的c轴互相垂直。(a)的情
况是相当两相邻畴具有{111}<11 2 >关系，是一种真孪晶关
系。(b)和(c)是等价的，是一种伪孪晶关系，下图给出了伪 孪晶关系的原子排列和电子衍射图。双相TiAl合金中的2Ti3Al和-TiAl的结晶学关系为：
➢ Ti2Al相
研究较少，而且它周围相区的情况还不十分确定。
➢ TiAl3相
即相c/a在畴=具2L.有界2132D获。超O点得22超阵。点结T阵i构Al结的3 的构(0点，01阵可)面看常引作数入是a位=L0移1.23超矢84点量8n阵m为的，1/2派c<=1生01.80结5>9的构6 ，，反
*熔点较低，1340℃
-TiAl的基本特性 -TiAl的晶体结构及基本特性
➢晶体结构：L10结构， 空间群为P4/mmm，它是由[001] 方向上只有Al原子或者只有Ti原子组成的原子面交替重叠 排列而成，每个晶胞有4个原子，2个Ti原子，2个Al原子。 [100]、[010]方向上的点阵常数与[001]方向上的不同。TiAl晶体是一种面心四方结构，a=0.398nm，c=0.404nm， c/a=1.015，随Al含量增加在1.01-1.03之间变化。
相相之共间析的反位应向分关解系也，是所形有成的2＋板条相将板垂条直组于织。相由的于c轴相方和向 (柱状晶的生长方向)，最终得到的铸态组织有明显的各向 异性特征。当铸造具有复杂的形状TiAl部件时，这种柱状 晶织构将导致铸件不同部位性能的差异。
Hale Waihona Puke 从液态TiAl冷却时可以有三种完全不同的凝固路线
1.
相凝固
多数TiAl基合金含Al量为46－47％，由液相冷却时将首先 形成相，并择优沿其C轴生长，形成柱状晶组织，在随后 冷两者却保过持程确中定，位从向柱关状系晶：中析出相，形成＋2板条组织：
( 0) 0 2 /1 /0 { } 1 和 1 1 1 1 2 / / 2 1 1 0 0
孪晶：TiAl L10结构有两种孪晶： ➢真孪晶：所有原子的种类和位置都是孪晶对称的。第一 原理计算的真孪晶界为50-60J/mol。 ➢伪孪晶：原子的位置是严格的孪晶对称的，原子种类不 符合严格的孪晶对称要求，因此存在APB，伪孪晶界能 高达530mJ/mol。
有序畴的位向关系： TiAl L10结构中{111}上两个相邻的有序畴可能有6种位 向关系(和表示平行和反向平行)：
➢滑移系：滑移面为{111}，滑移方向有<110]、<101]和 <112]。{111}面上的位错有1/2<110]和1/2<112]普通位错， 以及<011]超位错。1/2 <110] 的柏氏矢量最短，<011]超位 错可分解为两个1/2<011]偏位错夹一片反相畴(APB)。
➢原子沿三个不同位移矢量，即沿bA(1/2<101])、bc(1/b <211])和bs(1/6<112])运动就分别产生反相畴(APB)、复杂 层错(CSF)和内禀层错(SISF)。
➢比刚性高，较航空发动机其他常用结构材料(包括高 温合金)高50％。高刚性有利于要求低间隙的部件， 如箱体、构件以及支撑件等。同时可以将噪声震动 移至较高频率而提高叶片等部件的寿命。
➢ 600-700℃良好的抗蠕变性能，比强度高，可能替换 某些Ni基高温合金部件，如涡轮盘、涡轮叶片等， 重量还可以减轻一半。
2019年，NASA的“AITP”计划，作GE－90发动机5级 和6级低压压气机叶片，取代Rene 77叶片，降低总重量 80kg。
此外，TiAl合金作为机匣、涡轮盘、支撑架、导梁等 应用也在逐步展开。
➢汽车应用 日本京都大学和川崎重工株式会社新开发的Ti-47Al-Fe-
B合金用作汽车用废气增压涡轮，外径80mm，代替镍基 高温合金重量减轻一半，台架试车结果表明，以TiAl合金 增压的发动机加速响应时间显著减少。这对于改善车用 发动机的加速瞬态响应特性，减少燃烧不充分造成废气 污染具有重要意义。
尽管国内外进行了十多年努力，立方结构的TiAl3基合金仍 然太脆，加上它的高温强度也不高，因而无法实际应用。
➢ Ti3Al ：后面讲 ➢ TiAl ：后面讲
DO22结构
-TiAl及其合金
-TiAl的特点
➢密度低，3.7-3.9g/cm3，仅及Ni基高温合金的一半， Ni基合金的比重为7.9-9.5g/cm3。对航空航天发动机 高温零件减轻重量十分有利。
( 0) 0 2 /( 1 /0 ) 1 1 1 2 0 1 1 2 / /1 1 0
两相TiAl合金2与的结晶学关系：
( 0) 0 2 /( 1 /0 ) 1 1 1 2 0 1 1 2 / /1 1 0
相应也有六种变体，见表13-4。
-TiAl的形成及其基本的固态相变
➢ TiAl合金具有良好的阻燃能力，可替代一些昂贵的阻燃 Ti合金。
缺点：较低的抗损伤能力，其较低的室温塑性、断裂韧性 和高的裂纹扩展速率增加了失效的可能性。
-TiAl合金的应用
航空发动机应用
1993年，美国GE 发动机公司开始将 Howmat公司铸造的 Ti-47Al-2Cr-2Nb合 金低压压气机叶片 装在CF6－80C2做 1000个模拟飞行周 次考核，台架试车， 结果叶片完整无损， TiAl合金的延伸率 仅0.5%左右。