鈦鋁基合金扁錠冷坩堝定向凝固工藝研究.pdf

1、冷坩堝電磁約束成形與定向凝固技術(shù)對(duì)于探索高質(zhì)量鈦鋁基合金的制備成形具有重要意義。本文在設(shè)計(jì)并制造大寬厚比(3：1)扁形水冷銅坩堝的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)冷坩堝內(nèi)磁場(chǎng)分布的測(cè)量和研究,與原有大寬厚比(2.5：1)冷坩堝進(jìn)行了比較,并分別運(yùn)用這兩種不同寬厚比的冷坩堝對(duì)鈦鋁基合金進(jìn)行了定向凝固實(shí)驗(yàn),獲得了具有定向凝固組織的鈦鋁基合金扁錠。利用小線(xiàn)圈法測(cè)量了冷坩堝內(nèi)空載時(shí)不同位置、不同功率下的磁場(chǎng)分布規(guī)律。在冷坩堝內(nèi)部截面輪廓線(xiàn)上,磁感應(yīng)強(qiáng)度在窄邊區(qū)域

2、較大,在窄邊開(kāi)縫附近磁場(chǎng)較強(qiáng),在寬邊中間開(kāi)縫附近磁場(chǎng)較大,向兩側(cè)未開(kāi)縫處遞減,即磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布不再是簡(jiǎn)單的馬鞍型,而是呈“W”或者多“W”形,但總體來(lái)說(shuō)相差不是太大,坩堝內(nèi)部磁場(chǎng)分布比較均勻。磁場(chǎng)強(qiáng)度沿坩堝軸向變化較大,且最大值出現(xiàn)在線(xiàn)圈高度中部,然后向兩端衰減,向上衰減緩慢,向下衰減卻劇烈；磁場(chǎng)強(qiáng)度隨功率的增大而增加,越靠近線(xiàn)圈高度中部,磁場(chǎng)強(qiáng)度增加幅度越大,而兩端增加幅度則較小。通過(guò)定向凝固實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究,在減薄壁厚,優(yōu)化開(kāi)縫結(jié)構(gòu)和

3、開(kāi)縫布局的情況下,大寬厚比(3：1)扁形冷坩堝的效率得到了大幅度的提高,和原有的寬厚比2.5：1的冷坩堝相比,可以減少功率消耗近40%,這滿(mǎn)足了在現(xiàn)有設(shè)備功率條件下,能充分提高熔體過(guò)熱度的要求。用寬厚比2.5：1和3：1的冷坩堝對(duì)鈦鋁基合金分別進(jìn)行了定向凝固實(shí)驗(yàn)。觀(guān)察和分析了試樣粘連、駝峰崩濺、表面褶皺等缺陷的形成機(jī)理和預(yù)防措施。分析了抽拉速度、底托引料和線(xiàn)圈的相對(duì)位置、引料和上送料棒的相對(duì)位置等工藝參數(shù)對(duì)坯錠表面質(zhì)量的影響。采用2.5

4、：1的冷坩堝,對(duì)Ti4Al3Si(at%)定向凝固時(shí)發(fā)現(xiàn)在功率62 - 65kW ,抽拉速度0.8 -1.4mm/min,引料頂部在線(xiàn)圈中間位置,引料和上送料棒間距14-18mm的參數(shù)下,鑄錠表面質(zhì)量較好,內(nèi)部組織定向性也較好；采用3：1的冷坩堝,對(duì)Ti50Al(at%)進(jìn)行定向凝固時(shí)發(fā)現(xiàn)在功率35-40kW,抽拉速度1-2mm/min,引料頂部位于線(xiàn)圈中部,引料和上送料棒間距15-20mm的參數(shù)下鑄錠表面質(zhì)量較好,內(nèi)部組織定向性也較好

5、。通過(guò)凝固設(shè)備的淬火機(jī)構(gòu)淬火,保留了凝殼形貌,分析了凝殼的形成方式和作用,描述了冷坩堝定向凝固機(jī)理。結(jié)合凝殼形貌分析了固液界面空間形態(tài),固液界面在空間上是一個(gè)近“U”形曲面,曲面底部沿寬邊隨縫布局出現(xiàn)波浪式起伏,在窄邊區(qū)域近似于平直,在寬邊中部區(qū)域,固液界面兩側(cè)稍微上翹,并且隨著抽拉速度的增大固液界面趨于平直。最后分別研究了Ti43Al3Si(at%)和Ti50Al(at%)的微觀(guān)組織,測(cè)試了室溫拉伸性能和微觀(guān)硬度,定向區(qū)為全片層(α2