含高量W，Nb低量Al的五元鑄態(tài)TiAl合金的凝固機(jī)理研究.pdf

1、本論文研究了三種不同冷卻速度（由有無(wú)石棉包套以及是否擴(kuò)大直徑來(lái)控制），制備的近片層γ-TiAl合金Ti-45Al-5Nb-1W-1B(at.％)的顯微組織和力學(xué)性能。系統(tǒng)分析了單個(gè)試樣表層到心部晶粒尺寸變化（橫向?qū)Ρ龋┮约暗诙啵ㄖ饕獮锽2+ω，等軸γ）的分布特征，同時(shí)對(duì)不同冷卻速度的試樣也進(jìn)行了縱向?qū)Ρ?，探討冷卻速度的影響大小。本文同時(shí)對(duì)于合金的力學(xué)性能（室溫和高溫拉伸，疲勞以及蠕變）進(jìn)行了測(cè)試分析，探討其影響因素以及變形機(jī)制。

2、>　　研究發(fā)現(xiàn):三種冷卻速度鑄造的γ-TiAl合金從表層到心部，依據(jù)晶粒尺寸變化規(guī)律都可以分為三個(gè)部分，即由幾層晶粒所構(gòu)成的表層細(xì)晶粒區(qū)（S區(qū)域），中間晶粒尺寸最大的過(guò)渡區(qū)域（M區(qū)域）以及心部區(qū)域（C區(qū)域）。分別對(duì)比不同冷卻速度合金的對(duì)應(yīng)區(qū)域發(fā)現(xiàn)表層S區(qū)域三種合金差別不大;過(guò)渡M區(qū)域的晶粒尺寸三種合金差別最大，從大到小依次為Alloy1,Alloy3和Alloy2（合金編號(hào)按照冷卻速度大小確定，從大到小依次為Alloy1,Alloy3和

3、Alloy2）;而Alloy2的心部C區(qū)域晶粒尺寸最小，Alloy1和3差別不大。由此可見，冷卻速度較慢時(shí)更有利于細(xì)化γ-TiAl合金晶粒，同時(shí)單純的擴(kuò)大鑄錠直徑并不能有效的降低冷卻速度進(jìn)而降低晶粒尺寸。
　　除了晶粒尺寸的變化之外，本文對(duì)于三種冷速合金顯微組織細(xì)節(jié)特征以及第二相分布特征也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。結(jié)果表明，單一合金過(guò)渡區(qū)域（M區(qū)域）出現(xiàn)大范圍了包晶反應(yīng)現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象隨著冷卻速度降低，包晶區(qū)域減小，Al元素富集區(qū)域也更加

4、集中。同時(shí)，第二相隨著冷速降低其數(shù)量也大量增加，因此Alloy2心部C區(qū)域第二相含量最多。
　　力學(xué)實(shí)驗(yàn)也表明，晶粒尺寸越小的區(qū)域可以獲得更好的室溫力學(xué)性能。隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高，片層組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)使得合金高溫力學(xué)性能得到一定程度的提高，但是，第二相的存在，特別是等軸γ相的數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)，其對(duì)于高溫強(qiáng)度的弱化作用會(huì)大于片層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化作用使得力學(xué)性能下降。最后，對(duì)于疲勞實(shí)驗(yàn)中的“不確定”斷裂現(xiàn)象，本文發(fā)現(xiàn)其發(fā)生概率會(huì)隨著晶粒尺寸降