氢对TiAl基合金铸造性能及熔模铸造界面反应的影响
本文选题:TiAl合金 + 液态置氢 ; 参考:《华中科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:TiAl基合金具有良好的高温强度、抗蠕变性及抗氧化性等优点,是航空航天工业中潜在的轻质高温结构材料,但其严重的室温脆性及塑性加工工艺性差限制了其进一步应用。熔模铸造技术可以避免其塑性成形困难的问题,同时节约成本,但合金熔体较差的铸造充型性能及严重的界面反应限制了铸件的质量。热氢处理技术是将氢元素在合金的成形或热处理阶段引入,可以提高合金的高温加工性能并改善组织,但在铸造工艺中研究较少。本文通过在氢气氛下电弧熔炼TiAl基合金完成液态置氢过程,并浇注到石墨铸型及氧化钇陶瓷型壳,分别研究氢对TiAl基合金铸造性能及界面反应过程的影响。通过螺旋形石墨模具研究了氢对TiAl基合金流动性的影响,随熔炼气氛中氢分压的提高,合金流动性增加,当氢分压提高到15kPa时,流动长度比氢分压为0kPa时提高了209%,当氢分压大于15kPa时,流动性增加趋于平稳。氢降低了TiAl基合金原子之间的键合作用,降低了合金熔体的粘度及表面张力,同时降低了液相线,相对地提高了过热度,缩小了结晶温度范围。通过薄壁多孔石墨模具研究了氢对TiAl基合金浇注复杂铸件时铸造性能的影响,随着氢分压的提高,合金充型体积分数提高,当氢分压为20kPa时,充型体积提高了约25%。由于石墨铸型的退让性差及合金熔体充型时的紊流状态,铸件存在少量裂纹及气孔,氢对铸件裂纹及气孔的数量及分布没有明显影响。通过Y2O3陶瓷型壳浇注TiAl基合金研究了氢对界面反应过程的影响,界面反应生成了氧化物Ti3O、TiO、TiO2及Al2O3,新相Y2(Ti2O7)及Y3Al2(AlO4)3,在反应层中O元素及Y元素扩散距离比较短。氢原子与氧原子在界面处反应生成了水分子,并在反应层表面形成了气孔形貌,减少了在反应层中氧元素的含量及扩散趋势。当氢分压提高时,反应层表面中氧含量减少,当氢分压为7.5kPa时,氧含量比氢分压为0kPa时的氧含量减少了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.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG292
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;DIFFUSION BONDING OF TiAl TO Ti AND TC4 ALLOY[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2000年01期
2 ;A STUDY ON ALUMINIDE COATINGS ON TiAl ALLOYS BY PACKCEMENTATION METHOD[J];Acta Metallurgica Sinica(English Edition);2000年06期
3 ;Effects of HIPing Pressure on Microstructures and Properties of TiAl Alloy[J];Journal of Central South University of Technology(English Edition);2000年03期
4 唐建成,黄伯云,刘文胜,贺跃辉;Microstructural evolution of a forged TiAl based alloy during heat treatment at subtransus temperature[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2000年02期
5 ;Diffusion Bonding between TiAl Based Alloys and Steels[J];Journal of Materials Science & Technology;2001年01期
6 ;THE STRUCTURE CHANGE OF γ-TiAl IRRADIATED BY 50keV XENON IONS AT ROOM TEMPERATURE[J];Acta Metallurgica Sinica(English Edition);2001年04期
7 吴引江;制造TiAl薄板的新方法[J];钛工业进展;2001年05期
8 ;Distribution of Nb atom in the TiAl+Nb system[J];Rare Metals;2001年01期
9 ;MEAM Potential with Angular Dependence for TiAl[J];Rare Metals;2001年01期
10 ;Influence of Aluminum Content in γ-TiAl with L1_0 Structure during Ordering Processes[J];Rare Metals;2001年04期
相关会议论文 前10条
1 ;Study on aging phase transformation process in Ni_(42) CrTiAl alloys[A];第二届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2001年
2 Xiang Zan;Li Ouyang;Yu Wang;Yuehui He;Yong Liu;Weidong Song;;Microstructure Evolution of TiAl under Tensile Impact Loadings[A];中国材料大会2012第15分会场:TiAl合金及先进结构金属间化合物材料论文集[C];2012年
3 Fan Yang;Xiao Li;Nan Tian;Yongfeng Liang;Junpin Lin;;Effect of Nb Addition on the Corrosion Behavior of Porous TiAl Based Alloys in Aqueous Environments[A];中国材料大会2012第15分会场:TiAl合金及先进结构金属间化合物材料论文集[C];2012年
4 Zhiyong Xue;YuanXun Huang;Yongtian Wang;Xiaojing Hai;;Laser Remelting Effect on the Joint Property of Diffusion Bonding of TiAl Intermetallics and TC4 Alloy[A];中国材料大会2012第15分会场:TiAl合金及先进结构金属间化合物材料论文集[C];2012年
5 刘辛;骆接文;谢焕文;蔡一湘;;惰性气体雾化法制备TiAl_3粉末的特性[A];第十四届全国钛及钛合金学术交流会论文集(上册)[C];2010年
6 Na Liu;Zhou Li;Guoqing Zhang;Hua Yuan;Wenyong Xu;Zhengjiang Gao;;Effect of Heat Treatment on the Microstructure and Property of TiAl Alloys Prepared by Gas Atomization Powders[A];中国材料大会2012第19分会场:高温合金论文集[C];2012年
7 ;Influence of Heat Treatment on The Precipitation of γ1 Phase in High Nb Containing TiAl-based Intermetallic Alloys[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 Chuanyun Wang;Jinshan Li;Bin Tang;Hongchao Kou;;Numerical Analysis of Superplastic Bulging Process of TiAl Sheet[A];中国材料大会2012第15分会场:TiAl合金及先进结构金属间化合物材料论文集[C];2012年
9 孟祥康;洪建明;刘毅;赵晓宁;刘治国;;二相TiAl基金属间化合物层片结构中的位错组态[A];第八次全国电子显微学会议论文摘要集(Ⅱ)[C];1994年
10 Qing Ye;Zhimeng Guo;Qikai Duan;Chunlei Yang;Junjie Hao;;Preparation of TiAl Intermetallic Alloy by Gelcasting[A];中国材料大会2012第15分会场:TiAl合金及先进结构金属间化合物材料论文集[C];2012年
相关重要报纸文章 前1条
1 中航工业黎明航空发动机(集团)有限责任公司 汪大成;钛铝合金(TiAl)应用现状及发展趋势[N];中国航空报;2012年
相关博士学位论文 前10条
1 张志勇;高洁净度TiAl合金及其纳米复合材料的制备,,组织和力学性能[D];北京科技大学;2015年
2 余龙;高铌TiAl合金疲劳—蠕变交互作用研究[D];北京科技大学;2016年
3 沈正章;高Nb-TiAl合金板材制备及组织性能研究[D];北京科技大学;2016年
4 舒世立;过渡族金属元素和内生陶瓷颗粒对TiAl压缩性能的影响规律及机制[D];吉林大学;2013年
5 孙涛;原位自生Ti_2AlN/TiAl复合材料制备与高温性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 杨慧敏;TiAl-5Nb合金定向凝固过程中组织演化规律的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 廖翠姣;TiAl合金渗碳处理及其耐蚀性能研究[D];中南大学;2014年
8 罗江山;粉末冶金TiAl基合金的晶粒细化及其效应研究[D];中国工程物理研究院;2014年
9 彭超群;循环热处理对TiAl基合金组织与性能的影响[D];中南大学;2001年
10 昝祥;TiAl金属间化合物高温动态力学行为及变形机理研究[D];中国科学技术大学;2008年
相关硕士学位论文 前10条
1 邢发军;TiAl/TiO_2界面相互作用的第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 王保栋;TiAl/Al_2O_3界面相互作用第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
3 韩波;残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响[D];昆明理工大学;2015年
4 李志明;基于Ti-Al-Nb-Cr-B体系的TiAl基合金设计与微观组织研究[D];中国地质大学(北京);2015年
5 王建成;区域加热处理对TiAl合金组织演化的影响[D];南京理工大学;2015年
6 陈锐;准连续网状Ti_5Si_3/TiAl基复合材料的高温氧化行为研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 王学菲;层状结构TiAl基复合材料合成机制与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 李明骜;B和C共同添加对TiAl基合金组织及性能影响研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
9 刘浩;碳含量对TiAl合金凝固组织及性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2015年
10 戴豪;TiAl_3对NaAlH_4吸放氢催化作用的影响因素及相关机制探究[D];广西大学;2015年
本文编号:2001297
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2001297.html