钛铝合金研究现状

TiAl基合金研究现状

γ-TiAl金属间化合物的密度仅为镍基高温合金的1/2左右，而高温力学性能却与之相近，因此是一种很有应用前景的高温结构材料[1-5]。作为结构材料使用的TiAl系金属间化合物主要有三种：α2-Ti3Al、γ-TiAl和δ-TiAl3，其中综合性能最好的是γ-TiAl合金，目前普遍认为它完全有潜力替代700~990℃上使用的镍基高温合金，可以使航空发动机构件重量减轻约1/2，因而引起广泛重视，成为TiAl合金研究中的焦点。

γ-TiAl基合金具有良好的物理和机械性能，与普通的钛合金和高温合金相比具有明显的优势（表1-1）。表1-1给出了Ti-Al系金属间化合物（α2-Ti3Al和γ-TiAl）的主要高温性能。可见除塑性外，Ti-Al系金属间化合物的各方面性能均高于Ti合金，特别是γ-TiAl的密度小（仅有3.9g·cm-3，不到Ni基超合金密度的一半（8.3g·cm-3）），其它性能又与之接近，这对于航空材料有十分重要意义。由于共价键的作用使与扩散有关的高温性能，如蠕变、持久强度和断裂韧性等性能都得到改善，同时作为铝化合物γ-TiAl还具有优异的抗高温氧化性能和耐腐蚀性能，所以γ-TiAl金属间化合物是很有潜力的高温结构材料。

表1-1 γ-TiAl基合金与2-Ti3Al基合金、Ti基合金、超合金的性能比较

性能

Ti-基

2-Ti3Al基

γ-TiAl基

Ni-基

密度, g/cm3

4.54

4.15-4.7

3.76-3.9

8.3

模量, GPa

96-110

110-145

207

蠕变极限, ℃540

730

1038

1090

氧化极限, ℃590

705

1038

1090

室温延性, % 15

2.4

1-3

3-10

高温延性, %/℃15-50

10-20/660

20-80/870

900℃模量，GPa -

90-110

140

140-150

疲劳寿命, Hr （270MPa/760℃）

-

20

75-260

60

拉伸强度, MPa

480-1200

800-1140

450-700

1250-1450

屈服强度, MPa

380-1150

700-900

400-630 800-1200