1.2  Ti-Al合金的性能特点及其应用  

1.2.1  Ti-Al合金的性能特点

金属间化合物晶体中金属键与共价键共存，使材料同时具有金属的韧性和陶瓷的高温性能。TiAl金属间化合物具有高弹性模量，与其他航空发动机所用材料材料相比，其比弹性模量要高约50%。弹性模量高有利于要求低间隙的部件如箱体、构件、支撑件等，同时还可以将噪声震动移到较高频率而提高叶片等部件的寿命。TiAl合金具有高熔点、低密度和扩散系数，优良的抗氧化性和抗腐蚀性能，以及优良的的结构稳定性。在600℃～750℃的良好的抗蠕变性能，使其可以代替某些Ni基高温合金部件（重量减轻一半）。TiAl合金具有良好的阻燃能力可以代替一些昂贵的阻燃设计的Ti合金。γ-TiAl有序化温度高，在高温下有高的强度和抗蠕变性能，而且因Al含量高，有更好的抗腐蚀性，尤其是层状的合金，在高温端下表现出一种很好的稳定性[3]，例如蠕变抗力和断裂抗力。

TiAl基合金的性能缺点包括：较低的抗损伤能力、较低的室温塑性、较低的断裂韧性和高裂纹扩展速率，抗拉性能与断裂/抗蠕变性能之间的相反关系导致性能的不均衡，800℃以上抗氧化性较低等[4,5]。

穿晶(穿片层、沿片层)断裂是DP组织和FL组织的主要的室温断裂方式。对于粗大的全层TiAl材料，沿层强度远低于穿层强度，所以在外加应力达到一定值时，首先在试样表面产生沿层微裂纹，然后在外加应力逐渐增加的过程中，不断在薄弱面上产生微裂纹，微裂纹不断连接直至断裂[6]。

断裂韧性与其他力学性能一样，强烈地依赖于显微组织。全片层组织的断裂韧性最高，近片层组织次之，双态组织最低。片层组织在裂纹尖端附近能产生较大的塑性应变，且随裂纹长大增加抵抗扩展的能力。而双态组织在裂纹扩展附近发生的塑性应变很小，不能阻碍裂纹扩展。因此，片层界面对扩展裂纹的阻碍、界面滑移造成的裂纹尖端钝化是层状组织韧化TiAl基合金的主要原因[7]。

拉伸性能和断裂韧性之间存在反向关系，主要与合金的晶粒度有关，并强烈地依赖于片层间距。晶粒较细，抗拉强度好，不容易产生微裂纹，直到试样加载到很高应力时，材料内部积累很高的能量，这时一方面当外加应力达到内部组织起裂的应力时，微裂纹沿层面逐渐形核，并且形成起裂源。另一方面积累的能量使裂纹迅速扩展穿过整个试件，所以材料内部一旦起裂，就诱发整个试样的解理断裂[8]。文献综述

蠕变抗力受显微组织的影响相当显著。与断裂韧性相似，全片层组织具有最好的蠕变抗力，尤其是具有锯齿状晶界的铸造全片层组织显示了优良的断裂韧性和蠕变抗力。这种优异的蠕变抗力，归因于全片层组织中片层的复合强化效应，而且片层的厚度影响着蠕变抗力。双态组织和单相组织的蠕变抗力明显低于全片层组织[8]。

1.2.2Ti-Al合金的应用

TiAl金属间化合物是金属键和共价键共存的晶体，从而具有金属的韧性与陶瓷的高温性能，如高熔点、低密度、高弹性模量、好的高温强度(700～900℃)、好的阻燃能力、好的抗氧化性和抗蠕变性等优点，具体如下：⑴高弹性模量,比目前应用的结构材料高50%，能承受更高频率的振动;⑵在600～800℃具有良好的抗蠕变能力，750℃以下具有好的高温强度和优良的耐氧化性⑶具有很好的阻燃性能，低的膨胀系数和高的热传导性可以替代价格昂贵的阻燃性Ni基合金部件[9-10]。

鉴于TiAl的优秀性能，在航空航天、军事领域和民用工业中得到了广泛的应用：