發(fā)布時間：2018-06-10 00:07

  本文選題：TiAl合金 + 液態(tài)置氫�。� 參考：《華中科技大學》2015年碩士論文

【摘要】：TiAl基合金具有良好的高溫強度、抗蠕變性及抗氧化性等優(yōu)點,是航空航天工業(yè)中潛在的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料,但其嚴重的室溫脆性及塑性加工工藝性差限制了其進一步應(yīng)用。熔模鑄造技術(shù)可以避免其塑性成形困難的問題,同時節(jié)約成本,但合金熔體較差的鑄造充型性能及嚴重的界面反應(yīng)限制了鑄件的質(zhì)量。熱氫處理技術(shù)是將氫元素在合金的成形或熱處理階段引入,可以提高合金的高溫加工性能并改善組織,但在鑄造工藝中研究較少。本文通過在氫氣氛下電弧熔煉TiAl基合金完成液態(tài)置氫過程,并澆注到石墨鑄型及氧化釔陶瓷型殼,分別研究氫對TiAl基合金鑄造性能及界面反應(yīng)過程的影響。通過螺旋形石墨模具研究了氫對TiAl基合金流動性的影響,隨熔煉氣氛中氫分壓的提高,合金流動性增加,當氫分壓提高到15kPa時,流動長度比氫分壓為0kPa時提高了209%,當氫分壓大于15kPa時,流動性增加趨于平穩(wěn)。氫降低了TiAl基合金原子之間的鍵合作用,降低了合金熔體的粘度及表面張力,同時降低了液相線,相對地提高了過熱度,縮小了結(jié)晶溫度范圍。通過薄壁多孔石墨模具研究了氫對TiAl基合金澆注復雜鑄件時鑄造性能的影響,隨著氫分壓的提高,合金充型體積分數(shù)提高,當氫分壓為20kPa時,充型體積提高了約25%。由于石墨鑄型的退讓性差及合金熔體充型時的紊流狀態(tài),鑄件存在少量裂紋及氣孔,氫對鑄件裂紋及氣孔的數(shù)量及分布沒有明顯影響。通過Y2O3陶瓷型殼澆注TiAl基合金研究了氫對界面反應(yīng)過程的影響,界面反應(yīng)生成了氧化物Ti3O、TiO、TiO2及Al2O3,新相Y2(Ti2O7)及Y3Al2(AlO4)3,在反應(yīng)層中O元素及Y元素擴散距離比較短。氫原子與氧原子在界面處反應(yīng)生成了水分子,并在反應(yīng)層表面形成了氣孔形貌,減少了在反應(yīng)層中氧元素的含量及擴散趨勢。當氫分壓提高時,反應(yīng)層表面中氧含量減少,當氫分壓為7.5kPa時,氧含量比氫分壓為0kPa時的氧含量減少了34%。
[Abstract]:Tial based alloys have the advantages of good high temperature strength, creep resistance and oxidation resistance, and are potential lightweight high temperature structural materials in aerospace industry. However, their serious room temperature brittleness and poor processing technology limit their further application. Investment casting technology can avoid the difficulty of plastic forming and save cost, but the poor mold filling performance and serious interface reaction of alloy melt limit the quality of casting. The hot hydrogen treatment technology is the introduction of hydrogen element in the forming or heat treatment stage of the alloy, which can improve the high temperature working property and the microstructure of the alloy, but it is less studied in the casting process. The effect of hydrogen on casting properties and interfacial reaction process of tial based alloys was studied by arc melting in hydrogen atmosphere and pouring into graphite mold and yttrium oxide ceramic shell. The effect of hydrogen on the fluidity of tial based alloy was studied by spiral graphite mould. With the increase of hydrogen partial pressure in melting atmosphere, the alloy fluidity increased, and when hydrogen partial pressure increased to 15 KPA, The flow length is increased by 209 when the hydrogen partial pressure is 0 KPA, and when the hydrogen partial pressure is greater than 15 KPA, the fluidity increases steadily. Hydrogen reduces bond cooperation between tial alloy atoms, decreases the viscosity and surface tension of alloy melt, decreases the liquid phase line, increases the superheat, and reduces the crystallization temperature range. The effect of hydrogen on casting properties of TiAl-based alloy casting complex castings was studied by means of thin wall porous graphite mould. With the increase of hydrogen partial pressure, the filling volume fraction of alloy increased. When hydrogen partial pressure was 20 KPA, the filling volume increased by about 25%. Due to the low yield of graphite mold and the turbulent state of alloy melt filling, there are a few cracks and pores in the casting, but hydrogen has no obvious effect on the quantity and distribution of the cracks and pores in the casting. The effect of hydrogen on the interfacial reaction was studied by pouring TiAl-based alloy with Y _ 2O _ 3 ceramic shell. The interfacial reaction resulted in the formation of oxides Ti _ 3O _ 2O _ 2 and Al _ 2O _ 3, new phase Y _ 2o _ 2O _ 7) and Y _ 3AL _ 2o _ 4O _ 4C _ 3. The diffusion distance between O element and Y element in the reaction layer was relatively short. Hydrogen atoms react with oxygen atoms to form water molecules at the interface, and the pore morphology is formed on the surface of the reaction layer, which reduces the content and diffusion trend of oxygen elements in the reaction layer. When the hydrogen partial pressure increases, the oxygen content in the reaction layer decreases, and when the hydrogen partial pressure is 7.5 KPA, the oxygen content decreases by 34% compared with the hydrogen partial pressure at 0 KPA.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG292

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本文編號：2001297