冷坩埚定向凝固Ti-46.5Al-4Nb-1.5V-0.5Cr合金组织及性能研究

发布时间：2018-05-02 23:55

  本文选题：TiAl合金 + 定向凝固　； 参考：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：TiAl基合金是一种金属间化合物,具有诸多优点,如密度低,熔点高,良好的高温强度,优异的抗氧化性能等,是一种极具应用潜力的轻质高温结构材料。但TiAl合金室温塑性差,加工成形困难,制约了TiAl合金工业化应用。本研究通过添加较高含量的β相稳定化元素,向组织中引入β相来改善合金高温变形能力。本文通过电磁冷坩埚定向凝固技术制备Ti-46.5Al-4Nb-1.5V-0.5Cr(at.%)合金,研究不同工艺参数对合金凝固组织的影响;通过室温压缩,断裂韧性实验分析合金的室温力学性能;并对定向凝固TiAl合金进行高温压缩变形实验,分析其高温变形机制,为热加工工艺提供参考。本课题通过改变加热功率和抽拉速率来制备Ti-46.5Al-4Nb-1.5V-0.5Cr合金方坯试样。实验结果表明,当抽拉速率为1.0 mm/min,加热功率为45 kW,50 kW时,加热功率过低,试样熔池内部温度不均匀,熔池中心熔体过热度低,形成“W”形固液界面,合金定向效果差。增大加热功率,一方面加大熔体过热度,另一方面电磁搅拌作用增强,使熔体温度更加均匀,有利于实现合金定向凝固。因而当功率为55 kW时,合金定向凝固效果好。当加热功率为50 kW时,抽拉速率为0.6mm/min或0.8 mm/min时,其固液界面均为凹界面,固液界面热流稳定,糊状区由一定取向的树枝晶组成,合金定向效果好。平直或近似平直的固液界面有利于获得定向效果好的定向凝固试样。当抽拉速率为1.0 mm/min,加热功率从45 kW增大到55 kW时,纵向温度梯度增加,使得合金成分过冷倾向减弱,抑制α相凝固;加热功率增加使得形核率增大,细化了片层间距。工艺参数为55 kW,1.0 mm/min的合金糊状区由树枝晶组成,树枝晶一次枝晶臂与二次枝晶臂垂直,表现出β相凝固特征,定向效果好。当抽拉速率一定时,增大加热功率,合金的压缩强度和断裂韧性均高于原始铸锭,得益于定向凝固技术减少了铸造缺陷以及合金片层间距的细化。当加热功率为50kW,抽拉速率从0.6 mm/min增大到0.8 mm/min,抽拉速率增加使得合金成分过冷倾向加重,促进了α相凝固,糊状区由树枝晶组成,一次枝晶臂与二次枝晶臂垂直或呈60°,表现出β相凝固和α凝固特征,以β相凝固为主。抽拉速率的增加使得合金组织中大角度片层比例增加,合金的压缩强度增加,断裂韧性降低。工艺参数为55 kW,1.0 mm/min的合金试样定向效果好,其初始凝固相为β相。其室温压缩强度为1249 MPa,断裂韧度值为26.1 MPa·m1/2。选用该合金利用Gleeble-1500D热模拟试验机在1050~1150℃,0.001~0.1 s-1进行高温压缩变形实验,真应变为0.69。流变应力与变形温度,应变速率关系密切,当变形温度降低,应变速率提高时,合金的流变应力随之增大。通过流变曲线计算得到定向凝固TiAl合金变形激活能为589.26 kJ/mol。在压缩变形过程中,β相被拉长垂直于压缩方向,片层组织弯曲扭折,垂直于压缩方向。并在片层团界面,片层组织内部发生动态再结晶形成γ等轴晶。应变速率高时,β相发生断裂、破碎、球化现象。β相的存在,可以协调α2/γ的变形,延缓裂纹的萌发,有利于改善TiAl合金高温变形能力。
[Abstract]:Ti - 46.5Al - 4Nb - 1.5V - 0.5Cr ( at . % ) alloy has been prepared by changing the heating power and pulling rate . In the process of compression deformation , the tensile rate increased to 0.8 mm / min , the tensile rate increased , the tensile strength and fracture toughness of the alloy were higher than those of the original ingot .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG292;TG146.23
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本文编号：1836021