材料科学与工程前沿航空航天高温结构材料High-TemperatureStructuralMaterialsinAerospace北京航空航天大学材料学院2016年3月，沙江波三、Ti3Al高温合金Ti-Al合金相图Ti3AlTiAlTiAl3TiAlTi-Al系金属间化合物Ti-Al系金属间化合物合金Ti基Ti3Al基TiAl基镍基结构hcp/bccD019L10Fcc/L12密度g/cm34.54.1～4.73.7～3.98.3模量GPa95～115110～145160～180206σ0.2MPa380～1150700～900400～650—σbMPa480～1200800～1140450～800—室温δ%10～252～101～43～5高温δ%12～5010～2010～6010～20KIC—13～3010～20—蠕变极限℃60076010001090氧化极限℃6006509001090Ti-Al系金属间化合物Ti-Al系金属间化合物Ti3Al（2六方）基合金是唯一进入成熟应用研究阶段的金属间化合物。受抗氧化性能的限制，其使用温度在600℃～700℃之间。二元Ti3Al的室温塑性和韧性很差，合金化是韧化Ti3Al的最基金属间化合物Ti3Al金属间化合物Ti3Al•20世纪50年代，McAndrew和Simcoe发现，添加Nb可以稳定高温相（B2，无序或有序的bcc结构），明显改善合金塑性和抗氧化性能。•Ti3Al基合金的基本发展思路就是在Ti-Al-Nb的基础上，通过添加β相稳定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室温塑性和加工性能得到改善。Ti3Al基合金的发展Ti3Al基合金的发展•1）第一代稳定元素含量在10%～14%，如：美国空军实验室在70年代最早开发的Ti-24Al-11Nb，显微组织为α2（D019）＋；•2）稳定元素含量在14%～17%之间，如：美国超2合金Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo，该合金具有更高的拉伸强度和蠕变抗力，显微组织取决于热处理，主要为、和O相【第一代O相合金】Ti3Al基合金的发展Ti3Al基合金的发展O相（基于Ti2AlNb，正交结构，可看作α2的畸变结构；•3）β稳定元素含量在23％以上，如GE公司研制的Ti-24.5Al-23.5Nb和Ti-22Al-27Nb合金，显微组织为O＋β，这类以O相为基的合金比α2合金和超α2合金有更高的高温屈服强度、蠕变抗力和断裂韧性，已经成为近期研究的重点【第二代O相合金】。Ti3Al基合金的发展Ti3Al基合金的发展•国内对Ti3Al基合金的系统研究始于20世纪80年代中期，主要的研究集中在钢铁研究总院和北京航空材料研究院。•钢铁研究总院：TAC系列－航天•北京航空材料研究院：TD系列－航空国内Ti3Al基合金的发展国内Ti3Al基合金的发展•TAC-1合金：Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo）TAC-3（O相）合金：Ti-22Al-20Nb-7TaTAC-1合金制成的波纹板和涡轮壳体部件用于火箭发动...
