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)雖解決污染問題,但加工問題仍未解決。
　　本文將模殼法用于TiAl基合金的定向凝固,通過理論計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,并通過分析加熱功率和抽拉速度參數(shù)對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)生長過程將整個定向試樣分為初始生長區(qū)、生長方式轉(zhuǎn)變區(qū)(界面)和穩(wěn)定生長區(qū),與其他定向凝固技術(shù)下定向組織一致。穩(wěn)定生長區(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)定生長區(qū)上端β型偏析較少,Y2O3數(shù)量增加。通過對該工藝的熱分析和

3、建立熔體凝固過程糊狀區(qū)的生長模型,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,會一定程度上降低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,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。
　　測試分析了各成分該工藝下試樣平行生長方向截面的顯微硬度和斷裂韌性。比較了不同生長區(qū)顯微硬度大小定向:定向生長區(qū)>初始生長區(qū);同時結(jié)合鋁當(dāng)量法,分析Al、Nb等元素對顯微硬度和斷裂韌性的影響。對于三種三元高Nb-TiAl基合金,Al含量由43％增加到52%平行生長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)量法計算所有合金對應(yīng)二元Al含量41.2%增加到50.2時,斷