電磁冷坩堝連續(xù)熔鑄鈦鋁鈮合金研究.pdf

1、TiAl基合金密度較低，比強(qiáng)度以及比剛度較高，高溫情況下其強(qiáng)度、抗氧化性以及抗蠕變性等性能都較為優(yōu)異，因此TiAl基合金材料在航天航空等領(lǐng)域也得到了越來(lái)越多重視與應(yīng)用。而在室溫情況下，其塑性與韌性都較差，這些缺點(diǎn)也制約了其進(jìn)一步發(fā)展。TiAl基合金具有四種典型組織，其中由γ-TiAl相與α2-Ti3Al相所組成的全片層組織，其斷裂韌性與強(qiáng)度等綜合性能較為優(yōu)良。由于鈦的化學(xué)活性較大，為控制TiAl基合金組織同時(shí)避免污染，本課題組利用多功能

2、冷坩堝電磁約束精確成形定向凝固設(shè)備對(duì)合金進(jìn)行連續(xù)熔鑄和定向凝固試樣制備。
　　本課題首先通過(guò)德國(guó)ALD公司生產(chǎn)的水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐（ISM）自行配制原料熔煉 Ti44Al母合金錠和Ti48Al母合金錠。再通過(guò)電磁冷坩堝對(duì) TiAl合金外加高純鈮絲進(jìn)行鈦鋁鈮三元合金的連續(xù)熔鑄實(shí)驗(yàn)與定向凝固實(shí)驗(yàn)。
　　課題對(duì) Ti44Al(Nb)進(jìn)行功率（溫度梯度）參數(shù)控制，而對(duì) Ti48Al(Nb)進(jìn)行抽拉速度（凝固速率）參數(shù)進(jìn)行控制。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ti44Al(Nb)合金組織定向效果較好，且隨著功率的增大，其枝晶形態(tài)由枝狀-胞枝狀-胞狀轉(zhuǎn)變，其片層間距逐漸減小，片層方向和生長(zhǎng)方向夾角也逐漸減?。欢?Ti48Al(Nb)合金組織定向效果不好，存在CET轉(zhuǎn)變，分析原因是由于外加鈮絲的作用，固液界面前面存在大量形核質(zhì)點(diǎn)，并且等軸晶擁有足夠時(shí)間進(jìn)行生核和長(zhǎng)大。同時(shí)通過(guò)對(duì)合金各區(qū)域進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)其合金均一性較好，與預(yù)先設(shè)計(jì)成分相符。
　　同時(shí)對(duì)鈦鋁鈮三元合金和鑄態(tài)組

4、織進(jìn)行性能測(cè)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)外加 Nb元素定向凝固的Ti44Al(Nb)合金較鑄態(tài)鑄錠的室溫壓縮強(qiáng)度和室溫拉伸強(qiáng)度有一定程度的提高，最高分別可達(dá)1770MPa和455MPa，而彎曲強(qiáng)度、彎曲撓度和斷裂韌性提高較為明顯，分別達(dá)到994.5MPa、0.6mm和23.5MPa·m1/2。而 Ti48Al(Nb)定向效果不好，規(guī)律性并不明顯，其室溫壓縮強(qiáng)度和室溫拉伸強(qiáng)度與鑄態(tài)相比也有一定的提高，而彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性方面也略有提高。說(shuō)

5、明等軸晶和柱狀晶全片層組織的室溫壓縮和拉伸強(qiáng)度相差不明顯。而對(duì)于彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性來(lái)說(shuō)，柱狀晶全片層組織優(yōu)勢(shì)明顯。在高溫時(shí)其高溫壓縮強(qiáng)度隨著應(yīng)變速率的增加也進(jìn)一步增加，而溫度提高，其壓縮強(qiáng)度卻進(jìn)一步下降。經(jīng)過(guò)定向凝固后的合金較鑄態(tài)等軸晶組織的高溫壓縮強(qiáng)度提高明顯。通過(guò)觀察分析室溫拉伸、室溫彎曲和室溫?cái)嗔秧g性等實(shí)驗(yàn)的試樣的斷口分析得知，拉伸強(qiáng)度斷裂方式為穿片層的開(kāi)裂和沿片層的撕裂，存在河流花樣是典型的解理斷裂特征，雖然強(qiáng)度得到一定的提高，