TiAl合金密度較小、比強(qiáng)度和比模量高、高溫抗蠕變及抗氧化性能好,具有良好的力學(xué)性能、物理性能及特殊的機(jī)械性能,是軍事、航空航天推進(jìn)系統(tǒng)的靜止件和轉(zhuǎn)動件的最佳候選材料之一,亦是汽車增壓渦輪和排氣閥等高溫部件的理想用材。然而,TiAl合金的室溫塑性與斷裂韌性不足,成為TiAl合金領(lǐng)域需要解決的問題,也是制約TiAl合金繼續(xù)發(fā)展和擴(kuò)大應(yīng)用的關(guān)鍵問題。將電流處理作為一種外場技術(shù)作用于TiAl合金的凝固過程,能夠細(xì)化凝固組織,又避免了高活性的TiAl合金熔體采用化學(xué)細(xì)化時(shí)引入細(xì)化劑。本文將直流電流和脈沖電流作用于Ti-4822合金的凝固過程,研究電流形式和電流參數(shù)對TiAl合金的柱狀晶生長偏離角度、柱狀晶寬度及生長連續(xù)性、凝固界面形貌、片層厚度及取向、合金偏析的影響,調(diào)節(jié)凝固行為和優(yōu)化凝固組織,并揭示電流在TiAl合金凝固組織形成的作用機(jī)理,測試不同參數(shù)電流作用下TiAl合金的力學(xué)性能,分析電流參數(shù)、TiAl合金凝固組織及其與力學(xué)性能的相關(guān)性。利用Ansys軟件模擬電流作用下TiAl合金熔體中的磁場和Lorentz力的分布情況。直流電流作用下的TiAl合金熔體中的磁場和Lorentz力均是由表... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

第2、3代TiAl合金比強(qiáng)度與溫度的關(guān)系曲線[36,37]

圖1-3第2、3代TiAl合金比強(qiáng)度與溫度的關(guān)系曲線[36,37]表1-2為目前工程上應(yīng)用的TiAl合金成分及性能簡表[35]。1993年,美國Howmet公司開發(fā)出鑄態(tài)Ti-4822合金低壓渦輪葉片并應(yīng)用于CF6-80C發(fā)動機(jī)上試車成功;2006年,美國GE公司將鑄造的Ti-4822合金發(fā)動機(jī)低壓渦輪葉片正式應(yīng)用在GEnxTM發(fā)動機(jī)上;2011年,Boeing747-8s的GEnxTM-2B發(fā)動機(jī)LPT葉片的最后一級采用Ti-4822合金制成;2012年,Boeing787-8發(fā)動機(jī)共7級低壓渦輪的最后兩級LPT全部采用Ti-4822合金制成。

Ti-Al金屬間化合物中,伴隨Al含量的增大,出現(xiàn)Ti3Al(α2)、TiAl(γ)、TiAl2及TiAl3四種基體相,但僅有Ti3Al和TiAl基體相具有工程應(yīng)用和實(shí)際研究價(jià)值,得到人們更多地去關(guān)注和研究[10,35,39],Ti3Al和TiAl基體相在室溫下為穩(wěn)定相,兩相的相對含量由Al含量所決定,一般γ-TiAl合金中的γ相含量在80%~95%左右。Ti3Al(α2)相具有六方D019超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),Al含量22%~39%(at%),單胞參數(shù)隨成分改變而變化,a=0.5783~0.5640 nm、c=0.4760~0.4619 nm,Ti3Al相是一種有序固溶體,高于臨界溫度1180°C將轉(zhuǎn)變成無序固溶體α相(hcp結(jié)構(gòu))[10,35]。TiAl(γ)相具有L10型有序正方超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),Al含量48%~69.5%(at%),單胞參數(shù)隨成分改變發(fā)生改變,a=0.3957~0.4105 nm、c=0.4062~0.4097 nm、軸比c/a=1.01~1.03,γ(TiAl)相與α2(Ti3Al)相的晶格結(jié)構(gòu)如圖1-5所示[10,35]。TiAl合金中的α2基體相室溫下具有一定的延展性,但其具有高溫強(qiáng)度低、抗氧化性能差和氫脆等特性;γ基體相抗氧化性能較好,但在室溫下塑性與韌性差。研究發(fā)現(xiàn),單相TiAl合金綜合性能差,含Al在40%~48%(at%)的雙相TiAl合金具有工程價(jià)值。因此對TiAl合金微觀組織的調(diào)控方法主要是通過對晶粒(或片層團(tuán))尺寸、片層組織百分含量、γ/α2相對含量、片層厚度等的控制來實(shí)現(xiàn)。一般通過材料加工過程中的加熱溫度、升溫速率、保溫時(shí)間及冷卻速率來達(dá)到組織控制的目的。片層厚度是由冷卻速率所決定的,增大冷卻速度就能得到較小尺寸的片層厚度。一般情況下,Al含量在35%~49%(at%)的TiAl合金通常由γ和α2兩相組成,根據(jù)合金組織中等軸γ晶粒與γ/α2片層團(tuán)含量,TiAl合金具有4種典型室溫組織(圖1-6)[10,35]:全片層組織(Full lamellae)完全由α2/γ片層團(tuán)構(gòu)成、近片層組織(Near lamellae)大量γ/α2片層團(tuán)及少許等軸γ晶粒、雙態(tài)組織(Duplex)γ/α2片層團(tuán)與γ晶粒體積分?jǐn)?shù)接近、等軸近γ組織(Near gamma)僅由單相γ晶粒組成。另外,在層片反應(yīng)能夠進(jìn)行的最高冷卻速度情況下產(chǎn)生特殊的γ/α2片層組成的魏氏體晶團(tuán)[40,41]和“羽毛狀組織”[42],魏氏組織是在層片狀晶團(tuán)中形成的聚集的α2/γ平行片層包,羽毛狀組織是片層團(tuán)內(nèi)的一些相對于周圍的片層團(tuán)取向差異的片層晶團(tuán)(通常<15°)。根據(jù)TiAl二元合金相圖,Al含量對TiAl合金室溫組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響,Al含量不但影響到合金組織形態(tài)、晶粒尺寸變化又影響片層間距大小。Al含量<46at.%的TiAl合金的室溫組織為全片層組織;Al含量(46-50)at.%的TiAl合金在室溫條件下是由γ晶粒和片層α2/γ所組成的雙相組織;Al含量>50at.%的TiAl合金室溫組織由單相γ晶粒構(gòu)成[35]。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3025410