定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的領先相選擇及其取向變化規(guī)律.pdf

1、TiAl基合金具有良好的高溫性能，抗氧化性和較低的密度，是航空航天領域中一種極有發(fā)展前景的高溫結構材料。其中成分范圍為 Ti-（46~48） Al-2Cr-2Nb（原子百分比，下同）的系列合金因良好的強度和塑性而有廣泛的應用。本文選擇有工程應用背景的Ti-46Al-2Cr-2Nb合金，利用Bridgman工藝在不同凝固條件下（生長速度v=5μm/s~120μm/s，溫度梯度G=6K/mm~26K/mm，試樣直徑φ=3mm~10mm和生長

2、距離z=5mm~30mm）進行了定向凝固實驗，研究了凝固條件對領先相類型，形貌及其生長方向的影響規(guī)律和機理。實驗結果表明，當溫度梯度較低或較高時（G=6K/mm和26K/mm），定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的領先相分別為β和α相，不隨生長速度發(fā)生轉變。G=18K/mm時，領先相隨 v增加由β相轉變?yōu)棣料?，臨界轉變速度 vtr滿足5μm/s

3、增加至10μm/s

4、先相類型影響較大；隨著試樣直徑的增大，λ1-v關系中的指數絕對值逐漸減??；但生長距離的改變對λ1和λ2影響不大。
　　基于最高界面溫度準則對Ti-46Al-2Cr-2Nb合金定向凝固過程中的領先相選擇進行了研究。發(fā)現凝固條件通過影響α相和β相的界面溫度，進而影響定向凝固過程中的領先相選擇。在純擴散條件下建立的領先相選擇模型僅能定性描述Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的領先相轉變，計算得到的vtr理論值與實驗值偏差較大。引入對流的

5、影響后，領先相選擇模型可以解釋試樣直徑對領先相選擇的影響，但無法解釋領先相隨生長距離的轉變現象。引入初始過渡階段對領先相的影響后，領先相選擇模型可以描述領先相隨生長距離的轉變，但計算得到的ztr理論值與實驗值差別較大。有限長試樣中，試樣的生長將引起溶質富集，在此基礎上對相選擇模型進行進一步的修正后，可以對Ti-46Al-2Cr-2Nb合金不同凝固條件下的領先相轉變進行比較準確的預測。利用修正后的領先相選擇模型進行分析后發(fā)現，Ti-46A

6、l-2Cr-2Nb合金領先相與凝固進程相關的復雜轉變與對流與液相的溶質富集有關。其中由定向凝固生長距離增加導致的液相溶質富集是促進領先相發(fā)生轉變的一個主要原因。
　　當定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的領先相為β時，隨著溫度梯度的增加G和生長速度v的降低，β相的可能生長方向由<211>β，<311>β，<321>β和<322>β等多種方向逐漸轉變?yōu)槠鋼駜?yōu)生長方向<100>β。當定向凝固 Ti-46Al-2Cr-2Nb合金

7、的領先相轉變?yōu)棣料嗪螅珿=18K/mm時α領先相的生長方向與其擇優(yōu)生長方向<0001>α的夾角保持45°左右，不隨生長速度的變化而發(fā)生改變。當溫度梯度升高到26K/mm后，α領先相的生長方向與其擇優(yōu)生長方向<0001>α的夾角由較低生長速度下的90°左右轉變?yōu)檩^高生長速度下的45°左右。經分析后表明，定向凝固 Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的領先相轉變過程中，α相與β相遵循Burgers取向關系。凝固初期的β相生長方向和凝固過程中發(fā)