超重力条件下钛渣铝热还原制备钛铝基多元合金工艺研究

发布时间：2022-07-03 13:16

　　钛铝基合金密度低、比强度高,在高温下具有良好的抗氧化和抗蠕变性能,可代替传统的镍基高温合金,在航空、航天及汽车发动机领域受到青睐。传统钛铝合金制备工艺流程长、成本高、设备复杂,而铝热还原工艺流程短、设备简单、原料廉价易得、成本低,但铝热还原渣-金分离效果差,为提高渣-金分离程度,本文在超重力条件下采用铝热还原法制备钛铝基合金。在超重力条件下,超重力系数增加,流体之间相对运动速度增加,强化传质过程,促进渣-金分离,提高合金收率。为实现在超重力条件下铝热还原,首先自行改造超重力试验装置,实现了在线点火、在线加热及在线测温。本文在理论上分析研究了超重力条件下铝热还原钛渣制备钛铝基多元合金和强化渣-金分离基本原理,以及钛铝基合金中Fe、Si、Mn元素对合金脆性的影响机理。通过实验探索超重力系数、旋转时间及点火方式等因素对渣-金分离程度、合金收率、合金密度、硬度及微观组织的影响规律,最后通过正交实验得出相对较好的超重力工艺参数。实验结果表明:常规重力条件下渣-金分离程度为60.7%,合金收率为59.1%,超重力条件下,渣-金分离程度为81.1%,提高了20.4%,合金收率84.2%,提高了25.... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 钛铝基合金概述
        1.1.1 钛铝基合金种类
        1.1.2 钛铝基合金显微组织、性能及应用
        1.1.3 钛铝基合金的制备方法
        1.1.4 钛铝基合金研究现状
    1.2 钛铝基合金脆性机理及改性
        1.2.1 钛铝基合金脆性的影响因素
        1.2.2 稀土元素对钛铝基合金的改性
    1.3 超重力技术及应用
        1.3.1 超重力技术基本原理
        1.3.2 超重力冶金
        1.3.3 超重力技术应用
    1.4 本文研究的目的、意义及内容
        1.4.1 研究的目的及意义
        1.4.2 研究内容
    1.5 研究路线
    1.6 创新点
2 实验原材料及其性能和表征
    2.1 实验原料
    2.2 实验设备及器材
    2.3 钛铝基合金的制备
    2.4 表征方法
        2.4.1 合金化学成分分析
        2.4.2 物相分析(XRD)
        2.4.3 显微组织分析
        2.4.4 合金密度及硬度测量
        2.4.5 渣-金分离程度及合金收率计算
3 钛铝基合金制备及其脆性理论研究
    3.1 铝热还原制备钛铝基合金的理论基础
        3.1.1 铝热还原酸溶性钛渣热力学计算
        3.1.2 配料计算
    3.2 超重力强化分离合金-炉渣的理论基础
    3.3 Fe、Si、Mn对钛铝基合金脆性的影响
        3.3.1 Fe对钛铝基合金脆性的影响
        3.3.2 Si对钛铝基合金脆性的影响
        3.3.3 Mn对钛铝基合金脆性的影响
        3.3.4 Fe、Si、Mn对钛铝基合金脆性的影响
    3.4 本章小结
4 超重力实验设备改造
    4.1 钢坩埚内部结构改造
    4.2 加热系统及测温
    4.3 在线点火系统的设计
    4.4 本章小结
5 超重力条件下制备钛铝基合金研究
    5.1 常规重力条件与超重力条件对比
    5.2 不同点火方式对制备钛铝基合金的影响
        5.2.1 不同点火方式对渣-金分离程度及合金收率的影响
        5.2.2 不同点火方式对合金密度的影响
        5.2.3 不同点火方式对合金硬度的影响
        5.2.4 不同点火方式对合金组织的影响
    5.3 不同旋转时间对制备钛铝基合金的影响
        5.3.1 不同旋转时间对渣-金分离及合金收率的影响
        5.3.2 不同旋转时间对合金密度的影响
        5.3.3 不同旋转时间对合金硬度的影响
        5.3.4 不同旋转时间对合金组织的影响
    5.4 不同超重力系数G(先旋转后点火)对制备钛铝基合金的影响
        5.4.1 不同超重力系数G对渣-金分离程度及合金收率的影响
        5.4.2 不同超重力系数G(先旋转后点火)对合金密度的影响
    5.5 不同超重力系数G(先点火后旋转)对制备钛铝基合金的影响
        5.5.1 不同超重力系数G对渣-金分离程度及合金收率的影响
        5.5.2 不同超重力系数G(先点火后旋转)对合金密度的影响
        5.5.3 不同超重力系数G(先点火后旋转)对合金硬度的影响
        5.5.4 不同超重力系数G(先点火后旋转)对合金物相的影响
        5.5.5 不同超重力系数G(先点火后旋转)对合金微观组织的影响
    5.6 不同超重力系数G(同时点火旋转)对制备钛铝基合金的影响
        5.6.1 不同超重力系数G对渣-金分离程度及合金收率的影响
        5.6.2 不同超重力系数G(先点火后旋转)对合金密度的影响
    5.7 正交实验结果及分析
    5.8 本章小结
结论及建议
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[3]利用超重力富集和分离Sn-3%Fe熔体中的杂质元素铁[J]. 杨玉厚,李京京,宋子睿,栾益峰,梁俊威,陈凯,李慧斌,宋波.  工程科学学报. 2018(01)
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博士论文
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硕士论文
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[4]铝热还原钛渣制备钛铝基合金渣—金分离研究[D]. 李彬彬.西华大学 2016
[5]钛铝基合金的高温力学性能研究[D]. 邹阳.长春工业大学 2016
[6]Cr、Nd元素对粉末冶金钛合金组织与性能的影响研究[D]. 张豪胤.河南科技大学 2015
[7]B、Y对高温钛合金组织性能影响的研究[D]. 石璐铭.哈尔滨工业大学 2014
[8]合金化及热处理对新型β/γ-TiAl合金组织的影响[D]. 王广甫.南京理工大学 2013
[9]B和La及Ce对Ti44Al6Nb合金组织和力学性能的影响[D]. 马志坤.哈尔滨工业大学 2011
[10]Cf/Ti-Al复合材料的制备及组织和力学性能研究[D]. 姜国庆.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：3654923