增强高铌多元TiAl合金高温持久稳定性的机理研究

本课题从难熔重金属元素在TiAl合金各组成相中的分配系数，扩散系数和有效固溶度出发，从合金的基本组织和相结构的稳定性出发，从改善合金成分偏聚出发，深入研究增强含钨，钽, 铪，锆的高铌多元TiAl合金高温持久稳定性的机理。通过在700oC, 1万小时大气热暴露的全过程研究，系统揭示全层片组织的合金中显微组织和力学性能的热稳定性变化规律和控制这些变化的机理。 系统揭示在多种均匀化处理后，合金主要显微组织和相结构在热暴露期间的分解和相变规律。 同时深入揭示这一系列显微组织和相结构的变化对合金的力学性能的影响程度和影响机制。通过揭示高铌多元TiAl合金内在显微组织和相结构在高温大气环境中的变化规律，为多元高强度TiAl合金的实际应用提供依据。

此课题研究了一系列含重金属元素钨、铌、钽、铪、锆的高强度多元TiAl合金在700℃，10,000小时大气环境中的高温持久稳定性。 研究发现，合金元素在各主要相中的实际固溶度，分配系数和扩散系数是控制合金高温持久稳定性的关键物理因素。添加钨、铪、锆等缓慢扩散的重金属元素以部分取代铌，可以改变相中的固溶种类，使分配系数偏离平衡值1，增加扩散需求， 从而导致热暴露过程中的三种关键相变：α2－>γ，α2－>β(B2+omega)和 α2+γ－>β(B2+omega)均需要更多的重金属离子的扩散方可完成。 此外，合金加工工艺对其高温稳定能力也有重要的影响：多道次热轧，块状转变＋热处理获取的细晶组织并不稳定，极容易在高温环境中出现晶粒粗化和α2+γ相变形成β(B2+omega)等轴晶粒。研究还发现，添加0.5-0.9at% W是含W-Nb合金在确保组织基本均匀并同时确保热稳定性的最佳含W量范围，过高添加W徒增富W的β(B2＋omega)相在枝晶核心处的偏聚，过低则有热稳定性下降的危险。