模殼法定向凝固鈦鋁基合金工藝及組織研究.pdf

1、TiAl基合金的低密度、高比強(qiáng)度以及優(yōu)異的高溫抗氧化和抗蠕變性能等優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)了人們對(duì)速度的追求;但是其室溫脆性及熔體下高活性限制了其工程化應(yīng)用。冷坩堝定向凝固技術(shù)雖解決污染問(wèn)題,但加工問(wèn)題仍未解決。
　　本文將模殼法用于TiAl基合金的定向凝固,通過(guò)理論計(jì)算和熱電偶等輔助手段初步確定了Ti-45Al-2Cr-1.3Nb的定向凝固工藝,并通過(guò)分析加熱功率和抽拉速度參數(shù)對(duì)定向凝固顯微組織的影響確定了該工程技術(shù)下Ti-45Al-2Cr-1

2、.3Nb一定范圍的最佳工藝參數(shù)為:加熱功率21kW和抽拉1.0mm/min。利用數(shù)碼相機(jī)、金相顯微鏡和掃描電鏡等手段,觀察分析了Ti-45Al-2Cr-1.3Nb定向凝固試樣宏觀和微觀組織,并根據(jù)生長(zhǎng)過(guò)程將整個(gè)定向試樣分為初始生長(zhǎng)區(qū)、生長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變區(qū)(界面)和穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū),與其他定向凝固技術(shù)下定向組織一致。穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)基體是α2+γ全片層組織,且存在富Cr少Al的β型偏析,而穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)上端β型偏析較少,Y2O3數(shù)量增加。通過(guò)對(duì)該工藝的熱分析和

3、建立熔體凝固過(guò)程糊狀區(qū)的生長(zhǎng)模型,解釋了定向試樣組織形貌的原因。利用模殼法定向凝固制備復(fù)雜形狀的優(yōu)勢(shì)制備出了29mmX9mm方狀定向凝固試樣,并分析其顯微組織。
　　然后,選取具有代表性的三元高Nb-TiAl基合金(Ti-43Al-6Nb、Ti-47Al-6Nb和Ti-52Al-6Nb)、四元含B高Nb-TiAl基合金Ti-48Al-8Nb-0.15B和Ti-48Al-2Cr-2Nb在最佳工藝參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行定向凝固實(shí)驗(yàn),分析定向凝

4、固效果和顯微組織:此工藝條件下,Ti-47Al-6Nb定向,其余四種成分定向效果較差,高Nb的三元鈦鋁基合金主要存在β型偏析富Nb而少Al的偏析情況,而含有Cr、Nb的四元鈦鋁基合金主要存在也是β型偏析,但是富Cr而少Al的偏析情況,且偏析區(qū)位于等軸γ相中。Al含量較高時(shí),會(huì)一定程度上降低β型偏析。B元素在該工藝下,是以與氧化釔混合一體存在片層內(nèi)。同時(shí),在保持其它工藝條件不變,抽拉速度降低至0.6mm/min,制備出Ti-48Al-2C

5、r-2Nb定向凝固試樣。
　　測(cè)試分析了各成分該工藝下試樣平行生長(zhǎng)方向截面的顯微硬度和斷裂韌性。比較了不同生長(zhǎng)區(qū)顯微硬度大小定向:定向生長(zhǎng)區(qū)>初始生長(zhǎng)區(qū);同時(shí)結(jié)合鋁當(dāng)量法,分析Al、Nb等元素對(duì)顯微硬度和斷裂韌性的影響。對(duì)于三種三元高Nb-TiAl基合金,Al含量由43％增加到52%平行生長(zhǎng)方向截面的顯微硬度由494.4降到365.5,斷裂韌性13.6降至5.6。而鋁當(dāng)量法計(jì)算所有合金對(duì)應(yīng)二元Al含量41.2%增加到50.2時(shí),斷