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含Nb，RE及Si的TiAl合金方锭的冷坩埚定向凝固

作　者: 燕云程
导　师: 丁宏升
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 强塑值 定向凝固 固液界面 主动温度梯度 被动温度梯度 片层结构 析出相 解理断裂 穿层断裂
分类号: TF807
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文的TiAl合金做钮扣炉实验,通过压缩实验确定不同成分钮扣锭的强度和塑性,从而计算出各钮扣锭的强塑值,根据强塑值的大小确定成分做定向凝固实验。本文从所配的6个类别的18种化学成分中选出Ti47Al5Nb0.3Y0.5Si做定向凝固实验,研究定向凝固的成形工艺对合金的宏观,微观组织和力学性能的影响。26×26mm方形水冷铜坩埚定向凝固实验采取6种成形工艺分别制备了6件铸锭。铸锭的宏观组织可以分为三个区域:初生区,生长区和最后凝固区。通过实验发现固液界面的宏观形态对柱状晶的生长方向有直接的影响,而固液界面的宏观形态可以由成形工艺控制。固液界面其实质是由一个主动温度梯度和两个被动温度梯度的相互矛盾构成,主动温度梯度是电磁感应加热温度梯度,被动温度梯度是水冷铜坩埚冷却温度梯度和液态镓铟合金冷却温度梯度。主动温度梯度的存在是被动温度梯度存在的前提。通过对纵截面的金相照片和电子扫描发现:合金由α2,γ两相组成,而γ相有三种片层结构(和柱状晶的生长方向分别呈0°,45°,和90°),这说明发生了两种固态相变;对γ片层的厚度研究发现提高功率和抽拉速度均可以细化片层。这说明不仅要控制固液界面的形态还要尽可能地细化片层,因为柱状晶生长方向,片层方向和片层厚度对合金力学性能均具有重大的影响。对析出物的研究发现,工艺对Y和Si的析出相的分布和成分几乎没有什么影响,而Y和Si的析出相能细化晶粒。室温和850℃的高温拉伸实验表明P=45kW,V=1.2mm/min的力学性能最优,而高温实验的力学性能优于室温实验的力学性能的机理尚待研究。实验断口扫描研究发现断裂方式主要是解理断裂和穿层断裂。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-12
  1.2 钛铝基合金国内外研究现状  12-15
    1.2.1 TiAl基Nb-x合金的研究现状  12-14
    1.2.2 TiAl基合金冷坩埚定向凝固的研究现状  14-15
  1.3 定向凝固  15-20
    1.3.1 定向凝固技术发展  15
    1.3.2 定向凝固原理  15-16
    1.3.3 TiAl合金定向凝固的固态相变原理  16-18
    1.3.4 定向凝固对TiAl合金力学性能的影响  18-20
  1.4 合金化元素对 TiAl 合金的作用  20-21
    1.4.1 合金化元素分类  20
    1.4.2 合金化元素对TiAl合金的影响  20-21
  1.5 课题研究内容  21-23
第2章 研究路线及实验方法  23-30
  2.1 研究路线  23-24
  2.2 实验设备和选料  24-28
    2.2.1 实验设备  24-27
    2.2.2 实验选料  27-28
  2.3 成分配制  28-29
  2.4 分析和测试设备  29-30
第3章 钮扣炉实验及其组织和力学性能  30-49
  3.1 前言  30
  3.2 钮扣锭  30-32
    3.2.1 钮扣锭的制备  30
    3.2.2 钮扣锭的数码照片  30-32
  3.3 合金化元素对 TiAl 合金的影响  32-42
    3.3.1 Nb对TiAl合金的影响  32-34
    3.3.2 Y对TiAl合金的影响  34-37
    3.3.3 Si对TiAl合金的影响  37-38
    3.3.4 Nd对TiAl合金的影响  38-40
    3.3.5 Gd对TiAl合金的影响  40-42
  3.4 压缩实验  42-48
    3.4.1 实验选样  42-43
    3.4.2 制样  43
    3.4.3 压缩实验结果  43-44
    3.4.4 结果与分析  44-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章 方锭的定向凝固制备和宏观微观组织  49-73
  4.1 引言  49
  4.2 工艺参数的选择及实验过程  49-53
    4.2.1 工艺参数的选择  49-51
    4.2.2 定向凝固实验过程  51-53
  4.3 方锭组织分析  53-71
    4.3.1 定向凝固方锭外观分析  53-54
    4.3.2 定向凝固方锭纵截面宏观分析  54-57
    4.3.3 定向凝固方锭纵截面不同时刻的凝固界面  57-60
    4.3.4 定向凝固方锭纵截面的微观组织  60-68
    4.3.5 定向凝固方锭纵截面的片层组织和析出物的分析  68-71
  4.4 本章小结  71-73
第5章 定向凝固铸锭力学性能及断口分析  73-79
  5.1 引言  73
  5.2 拉伸实验  73-76
  5.3 拉伸试样断口分析  76-78
  5.4 本章小结  78-79
结论  79-80
参考文献  80-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 有色金属冶炼 > 一般性问题 > 铸锭
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