稀土Y对铸造Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si高温合金组织性能的影响

论文摘要

高温钛合金具有较高的使用温度、高温强度、较好的抗氧化性能、抗蠕变性能、抗疲劳性能等优点,成为航天、航空、飞航导弹用发动机和汽车的轻质耐热结构件的最有前途的高温材料之一。它的研究一直是钛合金领域最为活跃、最为重要的一个分支,受到世界各国钛合金研究者的高度重视。为了能使高温钛合金的耐热温度极限推向更高,使得该合金得到更广泛的应用,添加合金元素已经成为改善钛合金的组织和性能的一条重要途径。本文研究了稀土元素Y对铸态Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金的显微组织和高温抗氧化性能的影响,考察了合金的铸造流动性及离心浇注条件下的铸造缺陷。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X荧光光谱分析仪等实验设备对铸态合金显微组织进行了分析。结果显示,稀土Y明显细化了Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金晶粒尺寸。同时通过Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si-0.3Y合金背散射、各元素线分布及XRD分析发现,稀土Y在Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金中以Y2O3的形式存在于晶内和晶界。氧化实验结果表明,Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金中加入Y后氧化表面均匀、致密、平整,氧化物颗粒细小;而不加Y合金表面生成团状的大块或针状物,导致氧化膜容易开裂和剥落。循环氧化实验表明,0.3%Y的添加极大改善了Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金的抗氧化性,氧化速度明显降低,氧化层粘附性提高。这归因于0.3%Y的添加促进了致密的Al2O3保护层的形成。在相同的条件下,Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si-0.3Y合金的流动性要优于Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金,同时,流动性同时还受型壳温度、浇注温度的影响。Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si合金和Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si-0.3Y合金的收缩率大,补缩能力较差。在离心浇注条件下,两合金棒形件的缺陷为严重的缩孔、缩松,出现了以卷入性气孔为主,同时伴有反应气孔的气孔缺陷。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状
• 1.3.1 钛合金的特点、研究进展及其应用
• 1.3.2 高温钛合金的研究现状及应用
• 1.3.3 高温钛合金的发展趋势
• 1.3.4 发展高温钛合金的困难及可能的解决途径
• 1.4 精密铸造技术的发展及研究现状
• 1.4.1 精密铸造工艺
• 1.4.2 高温铸造钛合金的发展前景
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 铸态合金的制备及实验方法
• 2.1 合金成分的选择
• 2.2 合金的熔炼
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 试验样品制备
• 2.3.2 显微组织及相分析
• 2.3.3 力学性能测试
• 2.3.4 室温压缩实验
• 2.4 合金的高温氧化实验及氧化增重动力学曲线
• 2.4.1 高温氧化后的组织分析
• 2.5 合金的铸造流动性及铸造缺陷
• 第3章 钇对高温合金显微组织及力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 钇在Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金中的存在形式
• 3.2.1 高温铸态钛合金的显微组织
• 3.2.2 Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金中稀土相的确定
• 3.3 钇对Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金显微组织的影响
• 3.4 钇对Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金力学性能的影响
• 3.4.1 钇对Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金维氏硬度的影响
• 3.4.2 钇对Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35S合金室温压缩性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 稀土Y对铸态高温钛合金抗氧化性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 合金的显微组织分析
• 4.3 氧化试验结果
• 4.3.1 氧化动力学分析
• 4.3.2 氧化表面分析
• 4.3.3 氧化剖面分析
• 4.3.4 稀土Y对Ti合金高温抗氧化性的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 高温Ti合金铸造流动性及铸造缺陷的研究
• 5.1 蜡模的设计及制作
• 5.2 型壳的制作
• 5.3 离心铸钛机
• 5.3.1 熔炼方式
• 5.3.2 离心铸钛机用卡具
• 5.4 铸态合金的流动性
• 5.5 铸造缩孔、缩松及气孔
• 5.5.1 缩孔、缩松
• 5.5.2 气孔分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢