含Hf鑄造鈦鋁基合金組織細化及其機制研究.pdf

1、研究了含Hf鑄造Ti-46Al基合金凝固組織的細化規(guī)律及其機制。結(jié)果顯示，含Hf鑄造Ti-46Al基合金的凝固組織主要由具有近片層組織(α2/γ)的柱狀枝晶構(gòu)成，在枝晶干的節(jié)點處有富 Hf的B2相形成。Hf對枝晶間距和片層厚度均有明顯的細化作用，當Hf含量從0增加到7at.％時，平均枝晶間距由~1000μm細化至~400μm，γ片層厚度從~0.18μm細化到~0.08μm。通過宏觀、微觀組織分析，建立了Hf與合金凝固組織細化的關(guān)系，給出

2、了含Hf合金凝固過程的相變路徑。通過分析 Hf對合金熔體結(jié)構(gòu)及黏度的影響，結(jié)合 KGT模型，揭示了含Hf合金凝固組織的細化機制：Hf形成了高熔點的富Hf大原子團簇并增加了合金熔體黏度，從而提高了形核率，降低了Al在合金熔體中的擴散系數(shù)，導致枝晶間距變小。
　　研究了含B鑄造Ti-46Al基合金凝固組織的變化規(guī)律，分析了硼化物的類型、數(shù)量、形態(tài)和分布與B含量的相關(guān)性。B能夠顯著細化凝固組織，當B=1.0at.%時，合金的凝固組織轉(zhuǎn)變

3、為等軸枝晶，凝固方式由外生生長轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)生生長。B在合金中形成了TiB2型硼化物，當B=0.2at.%時，硼化物以短小的帶狀形態(tài)存在于枝晶間，當B=0.6at.%時，硼化物以帶狀形態(tài)主要存在于枝晶間，同時有少量的長帶狀硼化物存在于枝晶內(nèi)，當B=1.0at.%時，硼化物以長帶狀形態(tài)主要分布于等軸枝晶內(nèi)，少量帶狀硼化物分布于等軸枝晶間。
　　研究了Hf、B耦合作用對鑄造Ti-46Al基合金凝固組織變化規(guī)律的影響及其細化機制。Hf+B的耦

4、合作用具有強烈的組織細化效果，隨 Hf、B含量的增加，凝固組織由粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧毣闹鶢钪?，再變?yōu)榈容S枝晶，最后形成近粒狀晶。當Hf=7at.%且B=1.0at.%時，獲得了平均晶粒度為20μm的細小近粒狀晶新型凝固組織。Hf能夠促進(Ti,Hf)B2形成，降低析出(Ti,Hf)B2時B的臨界成分。(Ti,Hf)B2以初生相和次生相兩種形式存在：初生(Ti,Hf)B2呈細小針狀，位于近粒狀組織芯部，多數(shù)與片層組織保持平行的位向關(guān)系

5、；次生(Ti,Hf)B2呈帶狀，通過 L→β+(Ti,Hf)B2和L+β→α+(Ti,Hf)B2共晶反應(yīng)與基體相耦合生長，主要分布在枝晶間，同時，隨B含量增加，少量出現(xiàn)在枝晶內(nèi)。通過微觀組織和成分過冷形成原因的分析，提出了近粒狀組織的的形成機制：Hf促進B形成作為生核襯底的初生(Ti,Hf)B2和Hf強化Al、B疊加的成分過冷兩者的綜合作用，即，增加生核率和降低生長速度的雙重作用。建立了凝固組織形貌選擇圖和凝固組織演化物理模型。

6、　　研究了Hf+B+Si的綜合作用對Ti-46Al基合金凝固組織的影響。發(fā)現(xiàn)雖然Si能夠使粗大的柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，但當Si=3.0at.%時，在組織中出現(xiàn)了近六邊形塊狀、長條狀和小粒狀的Ti5Si3相，不利于合金力學性能的改善。
　　采用雙溫熱處理工藝，研究了Hf、B對Ti-46Al基合金熱處理組織的影響規(guī)律。通過差熱分析法(DTA)測定了合金的相變點，測得Ti-46Al-5Hf合金的共析反應(yīng)溫度(Te)=1110℃，高溫α轉(zhuǎn)變