鈦合金離心精密鑄造凝固組織與力學(xué)性能分析.pdf

1、鈦及鈦合金具有優(yōu)異的性能：密度小，比強度、比剛度高，韌性好，無磁性，熔點高、熱脹系數(shù)低，并且具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐生物侵蝕的能力，它在航空、航天工業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛。鈦及鈦合金可以采用機械加工、鍛造、鑄造、焊接和粉末冶金等多種加工工藝成形零件，但其加工費用比較高，為降低鈦合金零件成本，人們對各種終形和近終形制造技術(shù)日益重視，特別是精密鑄造已成為最成功且應(yīng)用最廣泛鈦合金零件的近終形加工技術(shù)。
　　本論文主要以實驗研究為主要手段輔助以

2、計算機模擬分析進(jìn)行Ti-6Al-4V合金離心精密澆注和重力澆注的對比實驗，觀察鑄件凝固組織、分析缺陷的形成并測定其力學(xué)性能來確定凝固冷卻時工藝參數(shù)—凝固組織—力學(xué)性能之間的定量關(guān)系。本論文具體完成了以下的工作：
　　對離心精密鑄造系統(tǒng)及鑄件不同模數(shù)位置取樣，進(jìn)行了宏觀及微觀組織觀察，測試與分析了不同位置處力學(xué)性能；應(yīng)用AnyCasting軟件模擬計算鈦合金離心澆鑄時凝固冷卻曲線，定出鈦合金離心澆鑄時的冷卻速度；通過計算測試分析得出

3、了Ti-6Al-4V合金離心精密鑄造晶粒尺寸與模數(shù)和冷速之間的關(guān)系，以及α/β相變片層間距與模數(shù)和冷速之間的關(guān)系；對鑄造/凝固缺陷形成的位置及機理進(jìn)行了分析；設(shè)計了重力場下階梯件澆鑄的鑄型并在真空ISM熔化爐中完成了Ti-6Al-4V澆鑄試驗，初步觀察分析了重力場下澆鑄的鈦合金的晶粒組織與相變組織。
　　研究結(jié)果表明：在本實驗中，離心精密鑄造Ti-6Al-4V合金存在的鑄造與凝固缺陷主要有集中縮孔、縮松、針孔和薄壁(<1mm)鑄件

4、的澆不足現(xiàn)象。在本研究中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的夾雜物和熱裂現(xiàn)象。晶粒尺寸及α/β片層間距都是隨著模數(shù)的增加或冷速的減小呈增加趨勢，通過本文實測數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析，給出了晶粒尺寸及α/β片層間距與鑄件模數(shù)或冷速之間的回歸表達(dá)式；不同鑄型材質(zhì)與鈦合金產(chǎn)生不同厚度的界面化學(xué)反應(yīng)層，以石墨做橫澆道鑄型材質(zhì)處反應(yīng)厚度約為980μm，并且在鈦合金界面一側(cè)產(chǎn)生厚度約為650μm的碳元素擴散邊界層；以ZrO2-Y2O3材質(zhì)做橫澆道鑄型時反應(yīng)厚度約為540μm，