本文選題：TiAl合金 + 定向凝固��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：TiAl基合金是一種金屬間化合物,具有諸多優(yōu)點,如密度低,熔點高,良好的高溫強(qiáng)度,優(yōu)異的抗氧化性能等,是一種極具應(yīng)用潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。但TiAl合金室溫塑性差,加工成形困難,制約了TiAl合金工業(yè)化應(yīng)用。本研究通過添加較高含量的β相穩(wěn)定化元素,向組織中引入β相來改善合金高溫變形能力。本文通過電磁冷坩堝定向凝固技術(shù)制備Ti-46.5Al-4Nb-1.5V-0.5Cr(at.%)合金,研究不同工藝參數(shù)對合金凝固組織的影響;通過室溫壓縮,斷裂韌性實驗分析合金的室溫力學(xué)性能;并對定向凝固TiAl合金進(jìn)行高溫壓縮變形實驗,分析其高溫變形機(jī)制,為熱加工工藝提供參考。本課題通過改變加熱功率和抽拉速率來制備Ti-46.5Al-4Nb-1.5V-0.5Cr合金方坯試樣。實驗結(jié)果表明,當(dāng)抽拉速率為1.0 mm/min,加熱功率為45 kW,50 kW時,加熱功率過低,試樣熔池內(nèi)部溫度不均勻,熔池中心熔體過熱度低,形成“W”形固液界面,合金定向效果差。增大加熱功率,一方面加大熔體過熱度,另一方面電磁攪拌作用增強(qiáng),使熔體溫度更加均勻,有利于實現(xiàn)合金定向凝固。因而當(dāng)功率為55 kW時,合金定向凝固效果好。當(dāng)加熱功率為50 kW時,抽拉速率為0.6mm/min或0.8 mm/min時,其固液界面均為凹界面,固液界面熱流穩(wěn)定,糊狀區(qū)由一定取向的樹枝晶組成,合金定向效果好。平直或近似平直的固液界面有利于獲得定向效果好的定向凝固試樣。當(dāng)抽拉速率為1.0 mm/min,加熱功率從45 kW增大到55 kW時,縱向溫度梯度增加,使得合金成分過冷傾向減弱,抑制α相凝固;加熱功率增加使得形核率增大,細(xì)化了片層間距。工藝參數(shù)為55 kW,1.0 mm/min的合金糊狀區(qū)由樹枝晶組成,樹枝晶一次枝晶臂與二次枝晶臂垂直,表現(xiàn)出β相凝固特征,定向效果好。當(dāng)抽拉速率一定時,增大加熱功率,合金的壓縮強(qiáng)度和斷裂韌性均高于原始鑄錠,得益于定向凝固技術(shù)減少了鑄造缺陷以及合金片層間距的細(xì)化。當(dāng)加熱功率為50kW,抽拉速率從0.6 mm/min增大到0.8 mm/min,抽拉速率增加使得合金成分過冷傾向加重,促進(jìn)了α相凝固,糊狀區(qū)由樹枝晶組成,一次枝晶臂與二次枝晶臂垂直或呈60°,表現(xiàn)出β相凝固和α凝固特征,以β相凝固為主。抽拉速率的增加使得合金組織中大角度片層比例增加,合金的壓縮強(qiáng)度增加,斷裂韌性降低。工藝參數(shù)為55 kW,1.0 mm/min的合金試樣定向效果好,其初始凝固相為β相。其室溫壓縮強(qiáng)度為1249 MPa,斷裂韌度值為26.1 MPa·m1/2。選用該合金利用Gleeble-1500D熱模擬試驗機(jī)在1050~1150℃,0.001~0.1 s-1進(jìn)行高溫壓縮變形實驗,真應(yīng)變?yōu)?.69。流變應(yīng)力與變形溫度,應(yīng)變速率關(guān)系密切,當(dāng)變形溫度降低,應(yīng)變速率提高時,合金的流變應(yīng)力隨之增大。通過流變曲線計算得到定向凝固TiAl合金變形激活能為589.26 kJ/mol。在壓縮變形過程中,β相被拉長垂直于壓縮方向,片層組織彎曲扭折,垂直于壓縮方向。并在片層團(tuán)界面,片層組織內(nèi)部發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶形成γ等軸晶。應(yīng)變速率高時,β相發(fā)生斷裂、破碎、球化現(xiàn)象。β相的存在,可以協(xié)調(diào)α2/γ的變形,延緩裂紋的萌發(fā),有利于改善TiAl合金高溫變形能力。
[Abstract]:Ti - 46.5Al - 4Nb - 1.5V - 0.5Cr ( at . % ) alloy has been prepared by changing the heating power and pulling rate . In the process of compression deformation , the tensile rate increased to 0.8 mm / min , the tensile rate increased , the tensile strength and fracture toughness of the alloy were higher than those of the original ingot .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG292;TG146.23
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本文編號：1836021