硼及釔對鈦鋁合金組織性能的影響及精密鑄造工藝研究.pdf

1、熔模鑄造是制備具有工程應(yīng)用背景的TiAl合金構(gòu)件的重要生產(chǎn)方式，本文研究了硼、釔對鑄態(tài)TiAl合金的組織性能的影響，以及熱處理對TiAl合金的組織性能的影響，開展了適合TiAl合金熔模鑄造用陶瓷型殼面層材料的研究，探索了大型TiAl合金鑄件的澆注工藝，進(jìn)行了大型TiAl合金格柵件的澆注。
　　研究發(fā)現(xiàn)Y有強(qiáng)烈的吸氧作用，Ti-45Al-5Nb-0.08Y合金的氧含量從Ti-45Al-5Nb合金的740ppm降至460ppm。微量Y

2、的添加能夠細(xì)化Ti-45Al-5Nb合金α2/γ片層的片層間距，Ti-45Al-5Nb-0.08Y合金的片層間距從Ti-45Al-5Nb合金的580nm降至200nm。但微量Y的添加對Ti-45Al-5Nb合金晶粒尺寸的影響不明顯，含Y合金的晶粒尺寸仍約為770μm。Ti-45Al-5Nb-xY合金中的富釔相為Y2O3相，YAlO3相和AlY相，其中有共格關(guān)系[1-213]YAlO3//[-101]Y2O3。添加Y可改善鑄態(tài)Ti-45A

3、l-5Nb合金的室溫力學(xué)性能。
　　研究發(fā)現(xiàn)B的添加可以顯著細(xì)化合金組織，0.4％B為Ti-45Al-5Nb合金鑄態(tài)組織最佳細(xì)化效果的最小B添加量。Ti-45Al-5Nb-xB合金中的硼化物為遵守[001]Bf//[001]D7b//[001]B2共格關(guān)系的三相復(fù)合條帶。B對Ti-45Al-5Nb鑄態(tài)合金的細(xì)化機(jī)制為凝固前沿的成分過冷。鑄態(tài)Ti-45Al-5Nb-0.4B合金室溫力學(xué)性能最好。
　　研究發(fā)現(xiàn)Ti-45Al-5

4、Nb-0.4B-xY（x=0.02,0.04,0.06,0.08,at.%）合金中由于B和Y的復(fù)合作用，合金中硼化物為Bf相條帶與YBO3相薄片垂直生長，兩相之間存在如下的共格關(guān)系：[001]Bf//[010]YBO3。在YBO3相生長過程中消耗了氧化釔，殘余的富釔相為AlY和Al2Y。鑄態(tài)Ti-45Al-5Nb-0.4B-0.06Y合金的室溫力學(xué)性能最好。
　　研究發(fā)現(xiàn)含硼、釔的TiAl合金經(jīng)過全片層熱處理，Ti-45Al-5N

5、b-0.4B-0.06Y合金的室溫拉伸強(qiáng)度為709MPa，伸長率為0.63%。含硼、釔的TiAl合金經(jīng)過雙態(tài)熱處理，Ti-45Al-5Nb-0.4B-0.06Y合金的室溫拉伸強(qiáng)度為706MPa，伸長率為0.67%。
　　研究了鋯粘結(jié)劑、鎢粘結(jié)劑、釔粘結(jié)劑、鋁粘結(jié)劑四種粘結(jié)劑的晶化行為，確定碳酸鋯銨粘結(jié)劑、偏鎢酸銨粘結(jié)劑、釔溶膠粘結(jié)劑制備的型殼的焙燒溫度為950℃，鋁溶膠粘結(jié)劑制備的型殼的焙燒溫度為1100℃。分析了反應(yīng)界面的形貌、

6、元素分布和顯微硬度，綜合考慮界面平直程度、粘砂層致密程度、是否有TiAl合金侵入型殼、TiAl合金基體中是否有耐火材料顆粒夾雜、反應(yīng)層厚度、粘砂層厚度、鑄件表面硬度和硬化層厚度等因素，發(fā)現(xiàn)Al-Sol+Al2O3面層型殼與TiAl合金的界面反應(yīng)最輕微，反應(yīng)層厚度僅為2μm，且無粘砂層。
　　基于小尺寸TiAl合金格柵試驗(yàn)件的ProCAST數(shù)值模擬確定工藝方案，利用模擬所得最佳參數(shù)進(jìn)行實(shí)際澆注實(shí)驗(yàn)，成功制備出TiAl合金格柵試驗(yàn)件。