本文關(guān)鍵詞：電磁冷坩堝連續(xù)熔鑄鈦鋁鈮合金研究

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【摘要】：Ti Al基合金密度較低,比強(qiáng)度以及比剛度較高,高溫情況下其強(qiáng)度、抗氧化性以及抗蠕變性等性能都較為優(yōu)異,因此Ti Al基合金材料在航天航空等領(lǐng)域也得到了越來(lái)越多重視與應(yīng)用。而在室溫情況下,其塑性與韌性都較差,這些缺點(diǎn)也制約了其進(jìn)一步發(fā)展。Ti Al基合金具有四種典型組織,其中由γ-Ti Al相與α2-Ti3Al相所組成的全片層組織,其斷裂韌性與強(qiáng)度等綜合性能較為優(yōu)良。由于鈦的化學(xué)活性較大,為控制Ti Al基合金組織同時(shí)避免污染,本課題組利用多功能冷坩堝電磁約束精確成形定向凝固設(shè)備對(duì)合金進(jìn)行連續(xù)熔鑄和定向凝固試樣制備。本課題首先通過(guò)德國(guó)ALD公司生產(chǎn)的水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐(ISM)自行配制原料熔煉Ti44Al母合金錠和Ti48Al母合金錠。再通過(guò)電磁冷坩堝對(duì)Ti Al合金外加高純鈮絲進(jìn)行鈦鋁鈮三元合金的連續(xù)熔鑄實(shí)驗(yàn)與定向凝固實(shí)驗(yàn)。課題對(duì)Ti44Al(Nb)進(jìn)行功率(溫度梯度)參數(shù)控制,而對(duì)Ti48Al(Nb)進(jìn)行抽拉速度(凝固速率)參數(shù)進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),Ti44Al(Nb)合金組織定向效果較好,且隨著功率的增大,其枝晶形態(tài)由枝狀-胞枝狀-胞狀轉(zhuǎn)變,其片層間距逐漸減小,片層方向和生長(zhǎng)方向夾角也逐漸減小;而Ti48Al(Nb)合金組織定向效果不好,存在CET轉(zhuǎn)變,分析原因是由于外加鈮絲的作用,固液界面前面存在大量形核質(zhì)點(diǎn),并且等軸晶擁有足夠時(shí)間進(jìn)行生核和長(zhǎng)大。同時(shí)通過(guò)對(duì)合金各區(qū)域進(jìn)行成分分析,發(fā)現(xiàn)其合金均一性較好,與預(yù)先設(shè)計(jì)成分相符。同時(shí)對(duì)鈦鋁鈮三元合金和鑄態(tài)組織進(jìn)行性能測(cè)量,通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)外加Nb元素定向凝固的Ti44Al(Nb)合金較鑄態(tài)鑄錠的室溫壓縮強(qiáng)度和室溫拉伸強(qiáng)度有一定程度的提高,最高分別可達(dá)1770MPa和455MPa,而彎曲強(qiáng)度、彎曲撓度和斷裂韌性提高較為明顯,分別達(dá)到994.5MPa、0.6mm和23.5MPa·m1/2。而Ti48Al(Nb)定向效果不好,規(guī)律性并不明顯,其室溫壓縮強(qiáng)度和室溫拉伸強(qiáng)度與鑄態(tài)相比也有一定的提高,而彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性方面也略有提高。說(shuō)明等軸晶和柱狀晶全片層組織的室溫壓縮和拉伸強(qiáng)度相差不明顯。而對(duì)于彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性來(lái)說(shuō),柱狀晶全片層組織優(yōu)勢(shì)明顯。在高溫時(shí)其高溫壓縮強(qiáng)度隨著應(yīng)變速率的增加也進(jìn)一步增加,而溫度提高,其壓縮強(qiáng)度卻進(jìn)一步下降。經(jīng)過(guò)定向凝固后的合金較鑄態(tài)等軸晶組織的高溫壓縮強(qiáng)度提高明顯。通過(guò)觀察分析室溫拉伸、室溫彎曲和室溫?cái)嗔秧g性等實(shí)驗(yàn)的試樣的斷口分析得知,拉伸強(qiáng)度斷裂方式為穿片層的開(kāi)裂和沿片層的撕裂,存在河流花樣是典型的解理斷裂特征,雖然強(qiáng)度得到一定的提高,但是其斷裂方式仍為脆性斷裂。
【關(guān)鍵詞】：冷坩堝 連續(xù)熔鑄 Ti Al合金 組織 性能
【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】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 TiAl基合金在國(guó)內(nèi)外研究的進(jìn)展11-18
• 1.2.1 TiAl基合金在國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程11-12
• 1.2.2 TiAl金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.3 TiAl基合金的合金化與成分設(shè)計(jì)13-14
• 1.2.4 TiAl基合金微觀組織與力學(xué)性能的關(guān)系14-18
• 1.3 電磁冷坩堝連續(xù)熔鑄和定向凝固技術(shù)研究進(jìn)展18-22
• 1.3.1 電磁冷坩堝技術(shù)18-20
• 1.3.2 冷坩堝電磁連續(xù)熔鑄技術(shù)20-21
• 1.3.3 電磁冷坩堝定向凝固技術(shù)21-22
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 研究路線和實(shí)驗(yàn)方法24-32
• 2.1 研究方案24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料24-27
• 2.2.1 高純鈮絲24-25
• 2.2.2 母合金的設(shè)計(jì)和制備25-27
• 2.3 多功能冷坩堝電磁約束精確成形定向凝固設(shè)備27-29
• 2.4 連續(xù)熔鑄和定向凝固鈦鋁鈮合金組織分析29-30
• 2.5 連續(xù)熔鑄和定向凝固鈦鋁鈮合金常規(guī)力學(xué)性能分析30-32
• 第3章 鈦鋁鈮三元合金的制備與凝固組織32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 鈦鋁鈮三元合金的制備32-33
• 3.3 連續(xù)熔鑄和定向凝固鈦鋁鈮合金的宏觀組織33-40
• 3.3.1 固液界面的宏觀形貌36-37
• 3.3.2 穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)的宏觀形貌37-38
• 3.3.3 柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變（CET）38-40
• 3.4 連續(xù)熔鑄和定向凝固鈦鋁鈮合金的顯微組織40-51
• 3.4.1 液相區(qū)的顯微組織分析40-42
• 3.4.2 固液界面及糊狀區(qū)顯微組織分析42-44
• 3.4.3 穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)的顯微組織分析44-51
• 3.4.4 凝殼部分顯微組織分析51
• 3.5 鈦鋁鈮合金的相組成51-52
• 3.6 本章小節(jié)52-54
• 第4章 鈦鋁鈮三元合金的力學(xué)性能分析54-65
• 4.1 引言54
• 4.2 鈦鋁鈮三元合金的室溫壓縮強(qiáng)度分析54-55
• 4.3 鈦鋁鈮三元合金的室溫拉伸強(qiáng)度分析55-56
• 4.4 鈦鋁鈮三元合金的彎曲強(qiáng)度分析56-58
• 4.5 鈦鋁鈮三元合金的斷裂韌性分析58-59
• 4.6 鈦鋁鈮三元合金的高溫壓縮強(qiáng)度分析59-61
• 4.7 斷口分析61-64
• 4.8 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 章德銘;陳貴清;韓杰才;孟松鶴;;輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料——γ-TiAl基合金的研究動(dòng)向[J];材料導(dǎo)報(bào);2005年08期

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本文編號(hào)：1084934