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超声波熔体处理对钛铝基合金组织与性能的影响

作　者: 王建
导　师: 陈瑞润
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超声波细化 钛铝合金 细化机理 电磁感应
分类号: TB559
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


由于TiAl合金具有低密度、高比强度和优异的高温性能而备受关注。但TiAl基金属间化合物的室温塑性很差，韧性不足仍影响着钛铝合金的应用，超声波处理Sn-Sb合金、镁合金和铝合金后所得组织明显细化，气孔、偏析显著减少，材料的性能得到提高。本文创新性的将超声波引入钛铝合金熔体中，研究超声波对钛铝合金凝固组织与性能的影响。探索了钛铝棒料电磁感应熔铸工艺，研究了感应线圈、加热功率、加热时间等因素对其成形性与组织的影响，研究发现八匝φ为45mm的感应线圈熔化效率更高，并且当加热时间超过10min或者加热功率超过10kW时，凝固组织由柱状晶穿晶组织转变为心部出现大块等轴晶。发现加热功率6kW，加热时间8min熔体充型能力最强，所得试样表面质量最好，缩孔最小。成功的将超声波引入到有氩气保护的钛铝合金电磁感应熔铸过程中；考察了加热功率、加热时间、超声波作用时间对Ti-46Al-0.5W-0.5Si-0.3Y合金组织与性能的影响，发现超声波作用于钛铝合金熔体促进了CET（柱状晶向等轴晶）转变，并且随加热功率和加热时间的增加、组织由柱状晶向等轴晶转变，片层团也随之减小。钛铝合金在超声波处理30s时片层团尺寸1004.7μm、抗压强度1526MPa，而超声处理90s时片层团尺寸减小到88.1μm，抗压强度增加到1705MPa，片层团细化了11倍，σbc提高了45%；结合超声波声压效应和空化效应和异质形核的枝晶臂断裂机制、熔断机制、再结晶机制阐述了超声波作用引起细化的机理。设计了以加热时间、超声时间、超声波功率为三因素的正交实验，系统的研究了三因素对Ti-46Al-6Nb合金熔铸组织与性能的影响，研究表明加热时间对凝固组织和性能的影响最为突出，其次是超声波作用时间。对所得试样进行了宏微观组织分析研究其中所得最小片层团平均尺寸为159.41μm。在加热功率7kW，加热时间8min，超声时间30s，超声功率85W的工艺条件下所得凝固组织的片层团平均尺寸为181.94μm，并且具有良好的综合性能，σbc达到1158MPa和KIC为7.38MN×m-3/2,；采用扫描电镜对三点弯曲断口进行了形貌分析研究，研究表明Ti-46Al-6Nb是解理断裂和穿片层断裂相结合的断裂方式。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-23
  1.1 引言  8-9
  1.2 钛铝基金属间化合物研究进展  9-17
    1.2.1 钛铝基合金组织与性能  10-11
    1.2.2 钛铝合金晶粒大小与性能的关系  11-12
    1.2.3 钛铝合金合金化  12-16
    1.2.4 钛铝合金熔炼及其成型工艺  16-17
  1.3 超声波处理金属熔体  17-21
    1.3.1 超声波概述  17
    1.3.2 超声波引入熔体方式  17-18
    1.3.3 超声波处理合金熔体  18-20
    1.3.4 超声波细化晶粒机理  20-21
  1.4 本文的主要研究内容  21-23
第2章 实验材料及研究方法  23-28
  2.1 研究方案与技术路线  23-24
  2.2 实验材料  24
  2.3 实验设备及实验过程  24-26
    2.3.1 实验设备  24-25
    2.3.2 实验过程  25-26
  2.5 分析测试方法  26-28
    2.5.1 组织分析测试  26
    2.5.2 力学性能测试  26-28
第3章 电磁感应熔铸工艺对钛铝合金组织的影响  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 工艺参数对46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y合金熔化凝固的影响  28-34
    3.2.1 线圈对合金熔化凝固的影响  28-30
    3.2.2 功率对铸锭宏观组织的影响  30-32
    3.2.3 加热时间对合金熔铸的影响  32-34
  3.3 本章小结  34-36
第4章 超声波对Ti-46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y合金组织与性能影响的研究  36-54
  4.1 引言  36
  4.2 超声波换能器正常工作环境的要求  36-38
  4.3 超声波对Ti-46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y影响因素的研究  38-44
    4.3.1 超声波处理时间对铸锭组织的影响  38-40
    4.3.2 合金加热功率对超声处理铸锭的影响  40-42
    4.3.3 加热时间对超声处理铸锭的影响  42-44
  4.4 超声波对Ti-46Al-0.5Si-0.5W-0.3Y微观组织的影响  44-52
    4.4.1 母锭组织分析  44-45
    4.4.2 超声时间对超声波处理钛铝合金微观组织的影响  45-49
    4.4.3 加热功率对超声处理钛铝合金微观组织的影响  49-50
    4.4.4 加热时间对超声处理钛铝合金微观组织的影响  50-51
    4.4.5 超声波处理对合金力学性能的影响  51-52
  4.5 超声波细化钛铝合金机理的探究  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第5章 超声波对熔铸Ti-46Al-6Nb合金的影响  54-68
  5.1 引言  54
  5.3 工艺参数对熔炼及表面质量的影响  54-58
  5.4 超声处理Ti-46Al-6Nb合金微观组织  58-64
  5.5 工艺参数对Ti-46Al-6Nb力学性能的影响  64-66
  5.6 本章小结  66-68
结论  68-70
参考文献  70-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 超声工程 > 超声的应用
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