碳含量对TiAl合金凝固组织及性能的影响

发布时间：2017-09-01 12:30

  本文关键词：碳含量对TiAl合金凝固组织及性能的影响

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【摘要】：本文采用水冷铜坩埚感应熔炼炉以及离心铸钛机制备不同含碳量的Ti Al合金铸锭及相对应成分的棒状试样与阶梯试样。将合金铸锭不同部位进行线切割,然后经过抛光腐蚀之后观察其宏观形貌,并借助XRD和SEM等试验方法对合金铸锭与浇注试样进行测试分析,同时对浇注试样进行硬度与拉伸试验,通过观察分析不同含碳量Ti Al合金铸锭以及离心浇注阶梯试样不同部位宏观形貌、显微组织和力学性能来研究碳元素对Ti Al合金显微组织及力学性能的影响。通过对铸锭宏观形貌与显微组织分析发现,当未添加碳元素时,Ti Al合金铸锭组织为粗大的柱状晶;加入较少的碳元素(0.3at.%)时,合金铸锭显微组织得到细化,但未出现明显的析出相;随着含碳量的增多,晶粒进一步细化,并有尺寸较小的析出相出现,此时合金铸锭成分较为均匀,性能较好;当含碳量过多时,由于析出相数量增多,而且尺寸较大,合金性能恶化。在不同离心转速条件下对含碳Ti Al合金阶梯试样(厚度分别为1 mm、2 mm和4 mm)进行浇注发现,离心转速较低时,合金凝固过程较为缓慢,晶粒有长大的时间,因而晶粒比较粗大;而离心转速过快时,会加大熔体对型壳的冲击,影响其力学性能。冷却速度较慢时,合金凝固时间较长,晶粒粗大;而冷却速度过快,使得合金出现应力集中等,影响其力学性能。不同的凝固路径合金的显微组织不同。碳元素的加入可以促进Ti Al合金的α转变,使合金胞状显微结构过渡为层片状,获得组织较为均匀的Ti Al合金浇注试样。冷却速度对Ti Al合金显微组织结构影响也较为明显。
【关键词】：TiAl合金 碳含量 离心转速 冷却速度 凝固路径
【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】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 研究背景9
• 1.2 研究目的与意义9-10
• 1.3 国内外的研究现状及分析10-22
• 1.3.1 TiAl合金的进展及应用11-14
• 1.3.2 TiAl合金的熔炼和制造工艺14-22
• 1.4 TiAl合金晶粒细化的研究22-25
• 1.4.1 合金化方法22-24
• 1.4.2 热加工方法24-25
• 1.5 本文主要研究内容25-26
• 第2章 实验材料的制备以及研究方法26-35
• 2.1 蜡模的制备26-28
• 2.1.1 模具的设计与制备26-27
• 2.1.2 蜡料的选择27
• 2.1.3 蜡模的制备27-28
• 2.2 型壳的制备28-29
• 2.2.1 粘结剂的选择28
• 2.2.2 型壳的涂挂28
• 2.2.3 型壳的脱蜡及烧结28-29
• 2.3 TiAl合金铸锭的制备29-31
• 2.3.1 合金锭的制备29-30
• 2.3.2 纽扣锭的制备30-31
• 2.4 棒状试样与阶梯试样的离心浇注31-33
• 2.4.1 立式离心铸钛机浇注31
• 2.4.2 水平离心铸钛机浇注31-33
• 2.5 试样组织结构的测试与分析33-34
• 2.5.1 宏观形貌与组织的观察33
• 2.5.2 光学显微组织的观察33
• 2.5.3 X射线衍射分析33
• 2.5.4 扫描电镜分析33
• 2.5.5 透射电镜分析33-34
• 2.6 试样的性能测试34-35
• 2.6.1 硬度测试34
• 2.6.2 拉伸性能测试34-35
• 第3章 碳含量对TiAl合金铸锭组织的影响35-52
• 3.1 含碳TiAl合金的宏观形貌与组织35-37
• 3.2 含碳TiAl合金的显微组织37-50
• 3.2.1 含碳TiAl合金铸锭XRD物相分析37-38
• 3.2.2 含碳TiAl合金铸锭金相分析38-40
• 3.2.3 含碳TiAl合金铸锭扫描分析40-47
• 3.2.4 含碳TiAl合金铸锭析出相成分分析47-49
• 3.2.5 含碳TiAl合金铸锭晶粒与析出相尺寸分析49-50
• 3.3 碳元素的细化机理50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 含碳TiAl合金在不同离心转速和冷却速度条件下的组织及性能52-68
• 4.1 含碳量对浇注试样显微组织的影响52-53
• 4.2 含碳TiAl合金在不同离心转速条件下的显微组织53-55
• 4.3 含碳TiAl合金在不同冷却速度条件下的显微组织55-58
• 4.4 含碳TiAl合金力学性能的研究58-62
• 4.4.1 含碳量对TiAl合金硬度的影响58-60
• 4.4.2 含碳量对TiAl合金力学性能的影响60-61
• 4.4.3 含碳TiAl合金在不同离心转速条件下的力学性能61-62
• 4.4.4 含碳TiAl合金在不同冷却速度条件下的力学性能62
• 4.5 含碳TiAl合金断口形貌的观察62-67
• 4.5.1 含碳TiAl合金在不同离心转速条件下断口形貌分析62-65
• 4.5.2 含碳TiAl合金在不同冷却速度条件下断口形貌分析65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第5章 含碳TiAl合金在不同凝固路径条件下的组织及性能68-78
• 5.1 含碳TiAl合金在不同凝固路径条件下的显微组织68-73
• 5.1.1 含碳TiAl合金在不同凝固路径下XRD物相分析68-69
• 5.1.2 含碳TiAl合金在不同凝固路径下显微组织分析69-73
• 5.2 凝固路径对含碳TiAl合金力学性能的影响73-75
• 5.2.1 含碳TiAl合金在不同凝固路径下硬度测试73-74
• 5.2.2 含碳TiAl合金在不同凝固路径下力学性能分析74-75
• 5.3 含碳TiAl合金在不同凝固路径下断口形貌75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 结论78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 孔凡涛,陈玉勇,田竞,陈予勇;TiAl基金属间化合物研究进展[J];材料科学与工艺;2003年04期

2 许春香;卢斌峰;吕正玲;张金山;梁伟;;Effect of Y Addition on Microstructure and Constituent Phases of Al-Ti-C Master Alloy[J];Journal of Rare Earths;2007年S2期

3 ;Wrought processing of γ-TiAl alloys[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2002年04期

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本文编号：772096