Ti2AlNb金属间化合物研究进展

来源 :科学与生活 | 被引量 : 0次 | 上传用户:long200466
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:Ti2AlNb是一种极具潜力的航空材料,详细介绍该合金特点及性质,并介绍该合金研究进展,以期该合金得到有效利用。
  關键词:Ti2AlNb;金属间化合物。
  1.Ti2AlNb金属间化合物简介
  随着航空、航天、航海、车辆等对发动机性能的不断提高,在满足一定加工性能的前提下,制备更高比强度、比模量、服役温度及综合性能的新型材料是发展的必然趋势[1]。Ti-Al系金属间化合物正是顺应这一需求发展起来的一种新型高温结构材料,它已经引起了材料界的广泛关注[2-4]。
  金属间化合物是指由两个或更多的金属组元以整数比(化学剂量)组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构、且具有金属基本特性的化合物[5]。金属间化合物由于其原子排列的长程有序以及原子间金属键与共价键共存,使其有可能兼顾金属的较好塑性和陶瓷的高温强度,从而成为新一代高性能的高温结构材料。
  Ti2AlNb基金属间化合物是在Ti3Al金属间化合物基合金的增强增韧研究中新发展起来的一类Ti-Al-Nb系金属间化合物材料。Ti2AlNb基金属间化合物是在1988年由印度Banerjee率先发现的。他们发现Ti3Al基金属间化合物中随着Nb含量超过12.5at%时,出现了一种化学计量配比为Ti2AlNb的新相,空间点群为CmCm,属于有序正交结构(Orthorhombic),使用温度范围内的平衡组织也由以2相为主逐步变为以O相为主。同时,研究表明该合金的塑性及断裂韧性得到进一步提高,且强度和蠕变抗力也明显增强。1989年Rowe[6]正式提出了Ti-Al-Nb系O相合金的概念。
  以O相合金为主要组成相的Ti2AlNb金属间化合物具有较高的比强度、室温塑性、高断裂韧性、高蠕变抗力、低的热膨胀系数、无磁性和阻燃性能好等优点,与Ni基高温合金相比,Ti2AlNb基金属间化合物从室温到750℃范围内都具有较高的比强度;与高温Ti合金相比,可比其使用温度高200℃,已展现出在航空航天领域的广阔应用前景。被认为具有工程意义的该类金属间化合物的基本成分范围为Ti-(22~25)Al-(20~27)Nb。
  2.Ti2AlNb基金属间化合物研究现状
  国外Ti2AlNb研究工作开展较早,且研究进展较快。印度Banerjee领导的研究小组[7-10]首先发现了Ti-Al-Nb系中的O相结构,并对O相中的原子占位、O相合金的相平衡、相转变、O相的滑移变形机制以及O相合金的典型微观结构,拉伸性能,蠕变性能,蠕变机制等方面进行了系统研究。Rowe等人[11]研制的Ti-22Al-27Nb金属间化合物的室温抗拉强度b可达1415MPa,屈服强度达1290MPa,室温延伸率为3.5%,650℃真空抗拉强度b可达1260MPa,屈服强度0.2可保持在1120MPa,延伸率为8%。日本的Hagiwara等人[12,13]用Mo、W、V取代Ti-22Al-27Nb金属间化合物中的部分Nb,以进一步提高材料的蠕变性能。德国的Kumpfurt等人[14]研究了Ti-22Al-25Nb的非平衡相转变,得到了Ti-22Al-25Nb的相转变动力学(TTT)曲线。
  美国已经将Ti2AlNb金属间化合物列为下一代航空发动机的关键材料,列入了IHPTET计划和2003年后续启动的VAATE计划,开展了较大规模的工作,取得了积极进展。目前已试制成功该金属间化合物压气机内环、机匣、喷管等部件。在以F119核心机/验证机为验证平台的CAESAR项目中,Ti2AlNb金属间化合物压气机机匣、叶片和轮盘部件结构设计准则的验证被列为其重要研究内容。
  国内的一些单位,如钢铁研究总院、北京有色金属研究总院、沈阳金属所、哈尔滨工业大学等也都开展了Ti2AlNb基金属间化合物的研制工作,其中钢铁研究总院开展研究工作最早,研究成果最显著。“九五”期间钢铁研究总院[15]采用Nb-Ta复合强化的方法,研制出的Ti-22Al-20Nb-7Ta和Ti-22Al-24Nb-3Ta金属间化合物综合力学性能达到美国同类合金水平。“十五”期间为了满足用户单位进一步降低材料密度和材料成本、改善材料加工性能的要求,新研制了名义成分为Ti-22Al-25Nb金属间化合物,该金属间化合物的密度约为5.2g/cm3。典型的室温拉伸性能断裂强度b为1150MPa,屈服强度达1150MPa,室温延伸率为7-10%,650℃下的断裂强度b为1000MPa,屈服强度0.2可保持在900MPa,延伸率为11-15%。北京有色金属研究总院的吴波[16]等人用CALPHAD技术计算了Ti2AlNb金属间化合物铸造凝固特性,用量子力学从头算法,预测了O相合金的有序无序转变。西北工业大学的曾卫东等人[17]基于动态材料模型(DMM),建立了 Ti2AlNb基金属间化合物(Ti-22Al-25Nb)在温度 940℃~1060℃,应变速率0.001s-1~10s-1范围内的加工图,并利用该图分析了金属间化合物的高温变形特性。
  3.结论
  随着发动机推重比和功重比的提高,未来发动机的自身重量将受到更为苛刻的限制。其中先进发动机要求其重量与流量比需较原有发动机减少40-50%。因此通过技术探索,实现叶盘轻量化将对发动机的性能提升具有重要意义。
  采用新型轻质高温材料作为叶盘材料,是实现其轻量化的一个重要途径。Ti2AlNb金属间化合物是以先进航空发动机为主要应用目标研发的轻质高温结构材料,具有高比强度、高比模量、低膨胀、抗燃烧等突出特点。以其替代现有高温合金,可使叶盘材料减重约35%,对发动机推重比的提高意义重大。
  因此有必要继续对Ti2AlNb金属间化合物进一步研究,使其得到广泛实际应用。
  参考文献:
  [1]李世琼, 张建伟, 程云君, 等. Ti3Al和Ti2AlNb基金属间化合物结构材料的研发现状[J]. 稀有金属材料与工程, 2005,34(增刊):104-109.
  [2]Hodge A.M, Hsiung L.M, Nieh T.G. Creep of nearly lamellar TiAl alloy containing W [J]. Scipta Materialia, 2004, 51(5): 411-415.
  [3]黄旭, 李臻熙, 黄浩. 高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 中国材料进展, 2011,30(6):21-27.
  [4]Feng ai han,Li bo bo,Shen jun. Recent advances on Ti2AlNb-based alloys[J]. Journal of Materials and Metallurgy, 2011,10:31-37.
  [5]陈国良, 林均品. 有序金属间化合物结构材料[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999:5-8.
  [6]毛勇, 李世琼, 张建伟, 等. Ti-22Al-20Nb-7Ta合金的显微组织和力学性能研究[J]. 金属学报, 2000, 36(2),136-140.
  [7]吴波, Ti2AlNb基合金的制备工艺、组织和性能研究[D]. 北京有色金属研究总院博士学位论文. 北京, 2002.
  [8]曾卫东, 徐斌, 何德华, 等. 应用加工图理论研究Ti2AlNb基合金的高温变形特性[J]. 稀有金属材料与工程, 2007,36(4):592-596.
其他文献
摘要:中华文明的特质表现在兼容并蓄、和而不同、天地人合一、刚健有为、中正尚和诸方面。虽然我们目前迈步在复兴大道上,但离复兴目标尚远,即便复兴目标实现,我们也没有患“大头症”的理由。在响应“一带一路”倡议过程中,我们一定要坚守“各美其美,美人之美,美美与共,天下大同”的底线和目标。为此,我们需要做到以下几个方面:  1、组建文化底蕴深厚的党务工作者团队,个人具有夏雨雨人、春风风人之高尚人格。  2、
期刊
摘要:本文介绍了ZJ17滤棒切割鼓轮刀槽的自动清理方法。通过对ZJ17滤棒切割鼓轮的结构与工作原理进行分析,将弹簧钢圆刀换成合金圆刀,并在滤棒切割鼓轮刀槽位置加装刮刀,以实现滤棒切割鼓轮自动清洁,减少圆刀更换次数,减低操作工的劳动强度。  关键词 滤棒割鼓轮;刀槽;刮刀支架;刮刀  前言:ZJ17 卷接机组是引进德国豪尼公司设计制造的 PROTOS70 技术后,由常德烟草机械有限责任公司生产制造的
期刊
摘要:铝及铝合金是目前应用最为广泛的飞机制造材料。铝合金的热处理主要包括,退火、固溶淬火、时效(主要是自然时效和人工时效)。根据AS9100(2015)民用航空、航天和国防组织的质量管理体系要求铝的热处理过程属于特殊过程,需对其进行过程监控。对与铝的热处理过程进行审核主要包括通用部分审核和具体工艺过程审核。  关键字:民用航空;铝;热处理;审核  一.航空制造业中铝合金的应用  铝及铝合金是目前应
期刊
摘要:新时期文化馆群众文化辅导工作开展时,为避免文化馆的工作流于形式,充分发挥出文化馆的社会服务效能,在实际工作开展时,应当探索深入实践的工作路径,保证文化馆群众文化辅导工作开展的有效性与可行性。本文就文化馆群众文化辅导工作的深入实践进行分析探讨。  关键词:文化馆;群众文化;辅导工作;深入实践;工作策略  引言:  群众文化辅导工作开展时,必须契合群众的实际需求,才可保证文化辅导工作开展的有效性
期刊
【摘要】只有站在文化强国的角度,才能正确理解文化传承。文化遗产与文化力量是辩证统一的关系。一方面,文化遗产的基础是一种文化力量。没有文化力量,就没有文化传承。另一方面,文化强国是文化传承的目标,而文化传承则需要创新文化。强国的根本出路,只有与时俱进的文化艺术,才有强大的生命力和广阔的发展前景。  【关键词】文化自信;文化创新;以人为本  自信是一种向上的心态,坚定地相信并承认自己的文化和艺术。大家
期刊
摘要:民族交往对于延续人类社会发展的血脉具有重要意义。我国是统一的多民族国家,翻开历史的画卷,民族交往一直是这幅画卷中浓墨重彩的一笔,无论是政治上的怀柔、会盟以及和亲;经济上的互市和贡赐;还是文化上的互动与互学,无一不是民族交往的生动写照和鲜活反映。中华各族儿女在交往中建立了手足情深的感情并共同开拓了祖国的广袤疆域和锦绣河山,创造了悠久的中国历史和灿烂的中华文化,在交往交流交融中形成了深刻而丰厚的
期刊
【摘 要】模块化生产方式可以最大程度的确保生产企业的经济效益,降低汽车的生产周期,使汽车的装配质量得到最大程度的保障。  【关键词】模块化;汽车装配;总装工艺;MES  一、模块化生产  1.1在汽车生产行业,所谓的模块化生产,是指将众多独立的生产模块通过排列组合,整合成一个相对较大的单位,即产品。日系与德系是世界上居于领先地位的两大汽车代表,这二者分别围绕不同的理念应用了模块化生产这一生产模式。
期刊
摘要:手工电弧焊设备简单、实用灵活性强、经济性好,不仅可以焊接黑色技术而且还可以焊接有色金属,所以在焊接领域应用最为广泛。手工电弧焊也是衡量焊工焊接技能水平的重要指标,是中、高等职业院校或本科院校机械类专业实习教学中的关键内容。以采用普通低合金钢和Q 345材料仰焊为例,阐述了手工电弧焊仰位对接焊接工艺技巧,帮助初学者或企业一线工人解决一些实际操作技能问题。  关键词:手工电弧焊仰;对接焊接;工艺
期刊
【摘要】本文对古德诺的“政治与行政二分法”理论进行了浅析,之后总结出目前我国行政管理体制改革的困境,并将“二分法”理论与我国行政管理体制改革的困境相结合,从理论中提取出“二分法”对于我国行政管理体制改革的的有效启示。  【关键词】古德诺;政治与行政二分法;行政管理体制改革  一、古德诺政治与行政二分法浅析  (一)古德诺政治与行政二分法基本内容。  1.古德诺主张政治与行政的两分法,其认为行政学不
期刊
摘要:随着国家对地质勘查单位改革政策的逐步出台,地质勘查单位项目的获得逐渐由政府下达地质勘查计划任务朝着商业化竟标的方式转变,传统地质勘查项目的财务管理模式已不适合现行地质勘查单位项目管理的需要,如何加强项目财务管理成为地质勘查单位亟待解决的问题。本文根据地质勘查单位项目实施的情况,针对项目财务管理存在的问题,从项目的预算管理、资金管理、成本控制、会计核算等方面提出了加强项目财务管理的措施,以提升
期刊