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定向凝固Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si合金组织演化规律研究

作　者: 于彩霞
导　师: 郭景杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si合金定向凝固固液界面片层取向
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文以Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si(at%)合金为研究对象,先采用局部区熔处理,获得籽晶与母体合金同成分且连为一体的母合金棒,随后在5μm/s-100μm/s不同生长速度下进行了系统的定向凝固试验。既考察了定向凝固微观组织演化又研究了籽晶法晶向控制。采用金相显微镜和扫描电镜等分析手段对合金的宏观及微观组织进行研究。分析了合金中相的种类、形态、分布,以及生长速度对固液界面形态、凝固微观组织形成和演化的影响。并测量了凝固微观组织特征尺度如胞/枝晶间距等。根据片层取向控制结果,对籽晶法定向凝固Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si (at%)合金晶向控制能力进行预测。Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si(at%)合金定向凝固涉及六个相变过程:L→Ti5Si3,L→α+Ti5Si3,L→γ+Ti5Si3,α→α2+γ,α2→γ+Ti5Si3,L+α→γ。该合金由基体α2/γ片层结构、Ti5Si3相、凝固γ相和在晶界处析出的B2相组成。其中,α2/γ片层结构由母相α在后续固态相变形成的,α是合金凝固过程的主体相。生长速度较低时,少量Ti5Si3相自液相领先析出,呈粗大块状,大部分Ti5Si3相则主要分布于α相中,以共晶体形式存在,呈细纤维状;当生长速度大于15μm/s时,凝固过程出现自液相直接析出的γ相,且随着生长速度增大,凝固γ相体积分数增加,Ti5Si3相逐渐倾向于聚集在凝固γ相中。此外,在α2/γ片层团间还观察到由固态相变形成的细小点状Ti5Si3相。对合金在定向凝固过程相和微观组织形成与演化进行了分析,在生长速度为5μm/s至8μm/s时,合金凝固过程为胞晶生长;当生长速度大于15μm/s时,转变为枝晶生长。胞/枝晶间距随着生长速度的增加而减少。除了生长速度5μm/s时,籽晶片层取向与生长方向垂直之外,其余生长速度籽晶片层取向基本与生长方向平行。为生长速度为5μm/s时,由于籽晶片层取向偏离生长方向,无法起到引晶作用,最终片层结构取向与生长方向垂直;当生长速度为8μm/s和10μm/s,由于初始过渡区较长,部分晶粒生长方向偏离定向凝固方向,最终片层取向与生长方向垂直;当生长速度为15μm/s和20μm/s时,合金凝固过程经历较短的初始过渡即达到稳态生长,且凝固过程α胞/枝晶始终保持沿定向凝固方向生长,最终获得取向与生长方向平行的片层结构,即引晶成功;当生长速度为25μm/s时,大部分片层结构取向与生长方向平行,但由于L+α→γ包晶反应产生熔断枝晶臂,充当形核核心,出现少量与生长方向垂直的片层取向;当生长速度大于30μm/s后,由于晶粒生长竞争激烈,导致部分枝晶偏离生长方向,导致引晶失败。由此预测:对于当前合金,以低速平界面、粗胞晶、或粗枝晶生长时,通过籽晶法定向凝固是可以有效进行片层取向控制的。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-27
  1.1 选题的目的和意义  9-12
  1.2 TiAl合金的研究现状  12-18
    1.2.1 合金化  12-13
    1.2.2 定向凝固技术  13-18
  1.3 定向凝固TiAl合金晶向控制  18-25
    1.3.1 籽晶法  20-24
    1.3.2 凝固路径控制法  24-25
  1.4 籽晶材料定向凝固研究现状  25-26
  1.5 本文研究的内容  26-27
第2章试验材料与试验方法  27-31
  2.1 研究方案  27
  2.2 材料制备  27-28
  2.3 定向凝固试验  28-30
    2.3.1 实验设备  28-29
    2.3.2 定向凝固试验过程  29-30
    2.3.3 具体试验方案  30
  2.4 试样的金相处理及分析  30-31
第3章定向凝固 Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si 合金组织演化规律  31-46
  3.1 宏观组织演化  31-32
  3.2 固液界面形态演化规律  32-36
    3.2.1 固液界面形态  33-34
    3.2.2 凝固组织特征尺度  34-36
  3.3 凝固微观组织演化  36-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章定向凝固 Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si 合金凝固路径及晶向控制预测  46-57
  4.1 合金凝固路径  46-52
  4.2 片层取向控制  52-53
  4.3 晶向控制分析  53-55
  4.4 本章小结  55-57
结论  57-58
参考文献  58-63
致谢  63

定向凝固Ti-46Al-1.5Mo-1.2Si合金组织演化规律研究

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