Ti-47Al-2Cr-2Nb合金熔模精密铸造工艺研究

论文摘要

TiAl基合金具有低密度、较高的杨氏模量和高温强度、良好的抗蠕变及抗氧化性等优点,在航空航天工业、汽车工业中的轻质耐高温结构部件中具有很好的应用前景。但TiAl基合金的缺点是室温塑性和韧性低及可加工性差。熔模精密铸造是解决其加工性差的并且降低TiAl基合金构件生产成本的理想成形技术。本文对TiAl基合金精密铸造用型壳进行了研究。制备型壳时,在涂料中分别加入碳纤维、尼龙纤维和玻璃纤维,测试了三者的湿强度、残余强度和退让性,并与普通的型壳进行了对比,结果发现,四种型壳中,含有尼龙纤维的型壳具有最高的湿强度,合适的残余强度,同时,还具有最好的退让性。比较了Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.3Y, Ti-47.5Al-2.5V-1Cr,Ti-45Al-8Nb-0.6B三种合金的收缩性。其中,Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.3Y合金的收缩率最小,为0.44%,而Ti-45Al-8Nb-0.6B和Ti-47.5Al-2.5V-1Cr的收缩率分别达到了1.6%、1.1%。合金的收缩率越大,合金凝固时就越容易产生裂纹,因此选定收缩率最小的Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.3Y合金来浇注叶片。研究了B元素对Ti-47Al-2Cr-2Nb合金显微组织的影响。B元素的加入可以细化Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的晶粒,而且随着B含量的增加,晶粒越来越细。B元素对TiAl基合金的晶粒细化呈渐进趋势,细化作用随B含量的增加变化比较平缓。添加硼虽然可以在一定程度上细化Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的晶粒,但是并不改变Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的层片状组织,仍为α/γ层片状组织。采用Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.3Y合金,在真空状态下,用离心浇注工艺,成功浇注出了表面质量良好无缺陷的叶片。观察叶片不同地方的显微组织,发现叶片具有粗大的层片状组织。在未经过热处理的情况下,试样进行拉伸性能测试,测得抗拉强度最大为431.5 MPa,最大延伸率为0.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 TiAl基合金的研究进展
• 1.1.2 TiAl基合金应用进展
• 1.1.3 TiAl基合金熔模精密铸造的研究现状
• 1.1.4 TiAl基合金精密铸造工艺中存在的主要问题
• 1.2 课题主要研究内容
• 1.2.1 选题意义
• 1.2.2 主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 钛铝基合金熔模精密铸造型壳的制备
• 2.1.1 钛铝基合金熔模精密铸造型壳材料的确定
• 2.1.2 粘结剂的选择
• 2.1.3 钛铝基合金熔模精密铸造用蜡料的选择
• 2.1.4 涂料的配制
• 2.1.5 型壳的涂挂
• 2.1.6 型壳的脱蜡与焙烧
• 2.2 所用合金的熔炼
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 合金的熔炼
• 2.3 样品的分析测试
• 第3章 加纤维的氧化物陶瓷型壳性能研究
• 3.1 型壳强度的研究
• 3.1.1 三点弯曲试样的制备
• 3.1.2 三点弯曲试样强度的测定及结果分析
• 3.2 型壳退让性的研究
• 3.2.1 试样的制备
• 3.2.2 浇注合金的选择
• 3.2.3 合金的浇注
• 3.2.4 结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 B对Ti-47Al-2Cr-2Nb合金组织的影响
• 4.1 合金的配制
• 4.2 合金试样型壳的制备
• 4.3 合金试样的制备
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 B对Ti-47Al-2Cr-2Nb合金组织的影响
• 4.4.2 B细化Ti-47Al-2Cr-2Nb合金组织机理
• 4.5 本章小结
• 第5章 飞机发动机TiAl基合金叶片的浇注
• 5.1 叶片型壳的制备
• 5.2 合金的熔炼
• 5.3 合金的浇注
• 5.4 叶片的组织分析
• 5.5 叶片的性能测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢