發(fā)布時(shí)間：2018-05-15 10:52

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

【摘要】：由于TiAl合金具有比強(qiáng)度高,高溫性能優(yōu)異等特點(diǎn),所以在航空航天領(lǐng)域的使用十分廣泛。然而,由于TiAl基合金的室溫塑性差等缺點(diǎn)阻礙了其推廣應(yīng)用。電流凝固技術(shù)是當(dāng)前采用比較多的用來(lái)改善材料組織,提升性能的新型凝固技術(shù)。本文重點(diǎn)研究了不同電流作用下定向凝固過(guò)程的TiAl基合金的組織變化規(guī)律。本文選Ti-48Al-2Cr-2Nb(at.%)合金作為研究對(duì)象,利用電磁冷坩堝定向凝固技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在定向凝固過(guò)程中分別加載不同電流密度的直流與脈沖電流作用,分析不同電流對(duì)Ti-48Al-2Cr-2Nb合金定向凝固組織的影響及變化規(guī)律。首先,利用ANSYS對(duì)電流作用下TiAl基合金定向凝固過(guò)程的電磁場(chǎng)分布進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),直流電流作用下磁感應(yīng)強(qiáng)度及洛倫茲力由外及內(nèi)逐漸降低,內(nèi)部的值最低。而脈沖電流作用下,磁感應(yīng)強(qiáng)度及洛倫茲力主要集中分布在表層趨膚層附近,對(duì)內(nèi)部影響極小。從試樣宏觀組織觀察到電流作用下使得試樣兩側(cè)的柱狀晶生長(zhǎng)與抽拉方向夾角變小,定向效果更好,直流電流比脈沖電流作用更加明顯。直流電流作用下當(dāng)電流密度增大到74 m A/mm2時(shí),穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)的部分柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶。直流電流作用下隨著電流密度的增加,柱狀晶晶粒尺寸先變大后變小。脈沖電流作用下,柱狀晶晶粒尺寸隨著電流密度的增加先變小,后變大。直流電流作用下合金片層間距隨著電流密度的增加,先減小后增大。脈沖電流作用下,片層間距隨著電流的增大而減小。隨電流密度增加,組織中與抽拉方向夾角在30~60°范圍內(nèi)的片層團(tuán)增多,垂直夾角變少,夾角波動(dòng)范圍變小,有利于以β相為先析出相。電流作用下,組織中B2相的含量隨電流密度的增加而減少,Al含量較高的γ單相組織也減少。電流作用使得溶質(zhì)分布更加均勻,減少微觀偏析。電流作用能使得定向凝固啟動(dòng)界面更加趨于平直化,而且隨著電流密度的增加,鑄態(tài)區(qū)的等軸晶逐漸增大,有向柱狀晶轉(zhuǎn)化的趨勢(shì),有利于柱狀晶的生長(zhǎng)。電流作用下在固液界面處既存在α枝晶也存在β枝晶,電流密度的增加,有利于減少固液界面界面前沿的成分過(guò)冷。對(duì)不同電流參數(shù)作用的定向試樣做性能測(cè)試,結(jié)果表明:直流電流作用下合金的硬度隨著電流密度的增加先變大后變小。脈沖電流作用下,隨著電流密度的增加而變大。由于電流對(duì)固態(tài)相變過(guò)程影響較小,原始鑄態(tài)區(qū)的硬度基本上無(wú)明顯變化。直流電流作用下,隨著電流密度的增加,抗壓強(qiáng)度有增大后減小的趨勢(shì)。脈沖電流作用下,抗壓強(qiáng)度隨著電流密度的增加而增大。隨著電流密度的增加,合金室溫壓縮塑性有所提高。電流作用下合金的斷裂韌性得到一定提高。直流電流作用下,隨著電流密度的增加,斷裂韌性先增大后減少,電流密度為49.7 m A/mm2時(shí)斷裂韌性最大為22.91 MPa·m~(1/2)。脈沖電流作用下,隨著電流密度的增加,合金斷裂韌性不斷增加。電流密度為74 m A/mm2,斷裂韌性最大為20.09 MPa·m~(1/2),略低于直流電流作用下。
[Abstract]:Because of its high specific strength and excellent high temperature properties, TiAl alloys are widely used in the field of Aeronautics and Astronautics. However, due to the poor plasticity of TiAl based alloys at room temperature, their application is hindered. The current solidification technology is a new solidification technology used to improve the material organization and improve the performance. In this paper, the microstructure and change rules of TiAl based alloys with different current under directional solidification are studied. This paper selects Ti-48Al-2Cr-2Nb (at.%) alloy as the research object and uses the electromagnetic cold crucible directional solidification technology to carry out the experiment. In the directional solidification process, the direct current and pulse current of different electric current density are loaded respectively, and the analysis is different. The effect of current on the directional solidification structure of Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy and its change law. First, the electromagnetic field distribution of the directional solidification of TiAl based alloy under the action of current is numerically simulated with ANSYS. Through numerical simulation, it is found that the magnetic induction intensity and Lorenz force are gradually reduced from outside and inside, and the internal value is the lowest. Under the action of pulse current, the magnetic induction intensity and Lorenz force are mainly concentrated near the surface layer of skin, which has little influence on the inner surface. From the macroscopic observation of the specimen, the angle of columnar crystal growth on both sides of the specimen is smaller, the orientation effect is better, the direct current is more obvious than the pulse current. When the current density increases to 74 m A/mm2, some columnar crystals in the stable growth region are transformed into equiaxed grains. With the increase of current density, the grain size of columnar crystals becomes larger and then smaller with the increase of current density. The grain size of columnar crystals decreases first and then becomes larger with the increase of current density. With the increase of current density, the spacing of lamellae decreases with the increase of current density. With the increase of current density, the lamellar mass with the angle of 30~60 degree increases with the increase of current density, the vertical angle becomes less and the range of the angle fluctuates smaller, which is beneficial to the first analysis of the beta phase. The content of B2 phase decreases with the increase of current density, and the high content of Al is also reduced. Current action makes the solute distribution more uniform and reduces the microsegregation. Current action can make the starting interface of directional solidification tend to be more straight, and as the current density increases, as cast region and so on The axial crystal gradually increases and has the tendency to convert to columnar crystal, which is beneficial to the growth of columnar crystal. Under the current action, there is not only an alpha dendrite but also a beta dendrite at the solid liquid interface, and the current density is increased, which is beneficial to reduce the component supercooling at the front of the solid liquid interface. The hardness of the alloy increases first and then decreases with the increase of current density. Under the action of pulse current, the hardness of the alloy becomes larger with the increase of current density. The hardness of the original cast state is basically no obvious change due to the small influence of the current on the solid state phase transformation process. The compressive strength of the alloy increases with the increase of current density. With the increase of current density, the compressive ductility of the alloy at room temperature increases. The fracture toughness of the alloy increases with current. The fracture toughness increases with the increase of current density, and the fracture toughness increases first and then decreases. When the current density is 49.7 m A/mm2, the maximum fracture toughness is 22.91 MPa. M~ (1/2). Under the action of pulse current, the fracture toughness of the alloy increases with the increase of current density. The current density is 74 m A/mm2, and the maximum fracture toughness is 20.09 MPa. M~ (1/2), slightly below the effect of DC current.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG292;TG146.23

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本文編號(hào)：1892154