【摘 要】
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TiAl基合金具有良好的高温抗氧化性、良好的抗蠕变性能、高的比强度、良好的导热导电性能以及低密度的特性,有望替代目前航空航天应用最广泛的镍基高温合金,成为最有潜力的新一代轻质高温结构材料,从而达到减轻航空发动机重量,提高航空航天发动机效能的目的。但因其室温塑性低、加工成形困难,在传统的成形加工方式中存在着加工余量大、材料利用率低以及前、后处理工序较多等缺点,这些都增加了加工时长,提高了生产成本。先
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TiAl基合金具有良好的高温抗氧化性、良好的抗蠕变性能、高的比强度、良好的导热导电性能以及低密度的特性,有望替代目前航空航天应用最广泛的镍基高温合金,成为最有潜力的新一代轻质高温结构材料,从而达到减轻航空发动机重量,提高航空航天发动机效能的目的。但因其室温塑性低、加工成形困难,在传统的成形加工方式中存在着加工余量大、材料利用率低以及前、后处理工序较多等缺点,这些都增加了加工时长,提高了生产成本。先进的近净成形工艺是解决TiAl基合金材料成形难题的主要措施。本文采用激光熔化沉积方法制备了薄壁和块体TiAl基合金,研究了不同工艺条件下TiAl基合金的沉积质量、微观组织和力学性能。对薄壁和块体沉积过程中出现的裂纹及优化工艺下的裂纹缓解机制加以分析。得出的主要结论如下:（1）在沉积薄壁TiAl基合金时,通过优化工艺条件,在氩气保护下进行沉积并且引入TC4钛合金作为过渡层,利用其强度和韧性较好的特点及沉积时产生的热累积作用,降低了随后沉积TiAl基合金时的温度梯度和热应力水平,缓解了TiAl基合金薄壁的裂纹倾向。（2）不同工艺条件下,沉积薄壁的微观组织由大小各异的等轴晶以及柱状晶组成,晶粒内部的亚结构均为全片层状组织,片层间距约为0.29μm。（3）相对于局部氩气保护和直接沉积TiAl基合金情况,在氩气环境下沉积并引入TC4过渡层,TiAl基合金试样的力学性能得到了较大的提高,抗拉强度从402 MPa提升到了502 MPa,延伸率从0.3%提升到了0.5%,试样的拉伸断口的断裂模式均为脆性解理断裂。（4）在沉积块体TiAl基合金时,块体与基板之间的孔隙以及结合不良处易成为裂纹萌生的源头,进而在热应力的作用下发生界面分离。引入的TC4过渡层与沉积的块体TiAl基合金之间的热膨胀系数等物理性质更为接近,因此界面裂纹得到了抑制。更少的沉积缺陷和更好的结合质量,使块体TiAl基合金的裂纹倾向得到了较大的缓解,成形性得到提高。本课题结果为激光熔化沉积TiAl基合金的裂纹控制提供了一种工艺方法,有助于控制裂纹并提高成形性。
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