冷坩埚定向凝固钛铝合金板坯的组织、性能及质量

论文摘要

本文选用Ti-46Al-0.5W-0.5Si-0.3Y、Ti-46Al-0.5W-0.5Si-0.2Gd、Ti-46Al-0.5W-0.5Si-0.5Y和Ti-46Al-0.5W-0.5Si-0.165Gd四种钛铝基合金,在不同的加热功率、抽拉速度等工艺参数条件下,利用电磁冷坩埚定向凝固技术分别制备了宽厚比为3:1的钛铝基合金板坯。对板坯的宏观组织、显微组织和成形质量进行了观察和分析,最后测试了板坯的力学性能。板坯试样表面存在浇不足、粘连、波纹以及凹坑等缺陷。影响表面质量的因素有送拉比、加热功率、抽拉速度、引料位置以及磁感应强度分布等。观察和分析了不同抽拉速度和加热功率对初始过渡区的长度、晶粒数量以及稳态生长区的柱状晶生长方向以及晶粒数量的影响以及凝固界面形状的变化。结果表明:随抽拉速度的增加,过渡区长度减小,稳态生长区晶粒数量增加;凝固界面由“W”形逐渐变为倒“W”形,随着加热功率增大,过渡区长度减小,稳态区晶粒数量减少,凝固界面先由平缓变得波动较大随后又逐渐变得平缓。观察和分析了四种钛铝基合金板坯凝固界面区和稳态生长区的显微组织。凝固界面区由定向凝固区、糊状区和最终凝固区三个区域组成。糊状区的晶粒形态由胞状晶逐渐向树枝晶过渡,而最终凝固区内则均为树枝晶。这些树枝晶的一次枝晶多呈四轴对称,少量呈六轴对称,说明合金包晶凝固时多以β相为初生相。最后利用显微压痕法测试了钛铝基合金板坯的断裂韧性,并测试了板坯在800℃高温下的拉伸性能。发现板坯在不同方向上断裂韧性不同,断裂韧性值最高可达到18.14 MPa·m1/2,而在800℃高温下定向凝固板坯的抗拉强度可达到443MPa,延伸率达到1.66%。分析高温拉伸断口发现定向凝固片层组织的断裂方式主要是沿片层的解理、穿片层断裂和穿晶断裂。含Y的板坯试样塑性较好,韧窝断裂成为主导,断口表现出塑性变形的特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 定向凝固技术理论及进展
• 1.2.1 传统定向凝固技术
• 1.2.2 新型定向凝固技术
• 1.2.3 冷坩埚定向凝固技术
• 1.3 钛铝基合金的研究进展
• 1.3.1 钛铝基合金晶体结构
• 1.3.2 钛铝基合金定向相变的原理
• 1.3.3 TiAl 基合金晶粒细化的方法
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料的选择及其制备
• 2.1.1 实验材料的选择
• 2.1.2 试样的制备方法
• 2.1.3 多功能电磁冷坩埚设备
• 2.2 分析与测试方法
• 第3章 钛铝基合金板坯质量及宏观组织分析
• 3.1 前言
• 3.2 试样工艺参数的选择
• 3.3 板坯表面质量
• 3.4 宏观组织分析
• 3.4.1 工艺参数对初始过渡区的影响
• 3.4.2 工艺参数对稳态生长区的影响
• 3.4.3 工艺参数对凝固界面的影响
• 3.5 试样表面质量对宏观组织的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 钛铝基合金板坯的显微组织分析
• 4.1 前言
• 4.2 初始过渡区的显微组织分析
• 4.3 稳态生长区的显微组织分析
• 4.3.1 稳态生长区的显微组形态
• 4.3.2 稳态生长区柱状晶组织分析
• 4.3.3 柱状晶断续生长现象
• 4.4 凝固界面的显微组织分析
• 4.5 特殊组织
• 4.6 本章小结
• 第5章 钛铝基合金板坯力学性能
• 5.1 前言
• 5.2 断裂韧性
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 测试结果与分析
• 5.3 高温拉伸
• 5.3.1 实验结果
• 5.3.2 断口分析
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢