材料性能參數
Ti-4822鑄錠及粉末化學成分檢測結果(wt.%)
TNM鑄錠及粉末化學成分檢車結果(wt.%)
目前,主流第三代TiAl合金TNM合金(Ti-(43-44)Al-4Nb-1Mo-0.1B)的力學性能按照服役條件通過熱處理工藝調控,其力學性能調控范圍如下圖所示,室溫最高屈服強度接近1000MPa,隨溫度上升逐漸下降,750℃時屈服強度在600MPa左右;合金的抗拉強度略高于屈服強度;合金室溫延伸率在1%左右,隨溫度升高變化不大,直到500℃以上開始迅速增加。
TiAl合金與其他工程結構合金部分性能對比
Property
TiAl alloy
Ti alloy
Ni-based superalloy
Density/g.cm-3
3.7-3.9
4.5
8.3
Melt point/K
1733
1813
1726
Elasticity modulus/GPa
160-170
96-100
206
Yield strength/MPa
400-650
380-1150
865
Tensile strength/Mpa
450-800
480-1200
1030
Creep limit temperatrue/°C
1000
600
1090
Room trmperature elonggation/%
1-4
20
3-5
Thermal expansion coeffcient/10-6°C-1
3.18
2.70
3.88
Thermal conductivity/W/m.K
22
12
11
由表可知TiAl合金的蠕變極限溫度與Ni基高溫合金相差不大,但是密度僅有高溫合金的一半不到。與鈦合金想比,其彈性模量、熱膨脹系數、熱導率均較高。
典型工程TiAl合金的性能對比
目前,已實現工程化的TiAl合金主要有GE研發的Ti-48Al-2Cr-2Nb(Ti-4822)、Lockheed Martin研發的Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8TiB2(45XD)、GKSS研發的Ti-45Al -(5-10)Nb-(B,C)合金(TNB)以及萊奧本工業大學研發的Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B(TNM),這幾種合金的對比如表1-1所示。Ti-4822、45XD和TNM合金已經用于制備發動機關鍵部件并通過考核驗證,現已在飛機上獲得應用,TNB合金雖然使用溫度更高,但塑性較差,加工困難,盡管也已用于制備發動機葉片,但是尚無正式應用的報道。
*蠕變條件為750°C/200MPa