電磁冷坩堝連續(xù)熔鑄鈦鋁鈮合金研究.pdf

1、TiAl基合金密度較低，比強度以及比剛度較高，高溫情況下其強度、抗氧化性以及抗蠕變性等性能都較為優(yōu)異，因此TiAl基合金材料在航天航空等領(lǐng)域也得到了越來越多重視與應(yīng)用。而在室溫情況下，其塑性與韌性都較差，這些缺點也制約了其進一步發(fā)展。TiAl基合金具有四種典型組織，其中由γ-TiAl相與α2-Ti3Al相所組成的全片層組織，其斷裂韌性與強度等綜合性能較為優(yōu)良。由于鈦的化學(xué)活性較大，為控制TiAl基合金組織同時避免污染，本課題組利用多功能

2、冷坩堝電磁約束精確成形定向凝固設(shè)備對合金進行連續(xù)熔鑄和定向凝固試樣制備。
　　本課題首先通過德國ALD公司生產(chǎn)的水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐（ISM）自行配制原料熔煉 Ti44Al母合金錠和Ti48Al母合金錠。再通過電磁冷坩堝對 TiAl合金外加高純鈮絲進行鈦鋁鈮三元合金的連續(xù)熔鑄實驗與定向凝固實驗。
　　課題對 Ti44Al(Nb)進行功率（溫度梯度）參數(shù)控制，而對 Ti48Al(Nb)進行抽拉速度（凝固速率）參數(shù)進行控制。

3、實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ti44Al(Nb)合金組織定向效果較好，且隨著功率的增大，其枝晶形態(tài)由枝狀-胞枝狀-胞狀轉(zhuǎn)變，其片層間距逐漸減小，片層方向和生長方向夾角也逐漸減?。欢?Ti48Al(Nb)合金組織定向效果不好，存在CET轉(zhuǎn)變，分析原因是由于外加鈮絲的作用，固液界面前面存在大量形核質(zhì)點，并且等軸晶擁有足夠時間進行生核和長大。同時通過對合金各區(qū)域進行成分分析，發(fā)現(xiàn)其合金均一性較好，與預(yù)先設(shè)計成分相符。
　　同時對鈦鋁鈮三元合金和鑄態(tài)組

4、織進行性能測量，通過實驗結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過外加 Nb元素定向凝固的Ti44Al(Nb)合金較鑄態(tài)鑄錠的室溫壓縮強度和室溫拉伸強度有一定程度的提高，最高分別可達1770MPa和455MPa，而彎曲強度、彎曲撓度和斷裂韌性提高較為明顯，分別達到994.5MPa、0.6mm和23.5MPa·m1/2。而 Ti48Al(Nb)定向效果不好，規(guī)律性并不明顯，其室溫壓縮強度和室溫拉伸強度與鑄態(tài)相比也有一定的提高，而彎曲強度和斷裂韌性方面也略有提高。說

5、明等軸晶和柱狀晶全片層組織的室溫壓縮和拉伸強度相差不明顯。而對于彎曲強度和斷裂韌性來說，柱狀晶全片層組織優(yōu)勢明顯。在高溫時其高溫壓縮強度隨著應(yīng)變速率的增加也進一步增加，而溫度提高，其壓縮強度卻進一步下降。經(jīng)過定向凝固后的合金較鑄態(tài)等軸晶組織的高溫壓縮強度提高明顯。通過觀察分析室溫拉伸、室溫彎曲和室溫斷裂韌性等實驗的試樣的斷口分析得知，拉伸強度斷裂方式為穿片層的開裂和沿片層的撕裂，存在河流花樣是典型的解理斷裂特征，雖然強度得到一定的提高，