定向凝固钛铝基方坯的制备与应用

论文摘要

本文利用横截面26mm×26mm的矩形水冷铜坩埚,采用电磁软接触成形定向凝固工艺,制备出了定向凝固的Ti46Al0.5Si0.5W方形坯锭,在此基础上加工出了定向凝固组织的涡轮发动机叶片。利用小线圈法测量出了矩形冷坩埚内的磁场分布:在线圈高度附近的磁感应强度较大,沿坩埚高度向下逐渐减小,最大值出现在感应线圈高度的中部偏上,在线圈两端磁场强度衰减较大。磁场强度随功率的增大而增加,但增加幅度并不相同。越靠近线圈高度中部,磁场强度增加越大,在坩埚两端,磁场强度变化不大,特别是在下端,在坩埚切缝开始处磁场强度随功率增加不是很明显。另外设计不同型号的线圈在相同功率下产生的磁感强度是不相同的,磁感强度由大到小依次为4匝、5匝、7匝。对钛铝基合金方坯冷坩埚定向凝固成形进行实验研究,通过对坩埚内磁场的分布的考察并结合实际的实验研究,选择了合适的实验工艺的条件制备出了表面质量和定向组织都很优异的方锭。并对其宏观及微观组织进行了深入的考察和分析,随抽拉速度的增加,定向组织变得越来越细小,但是由于速度增加其凝固界面也随之改变导致了定向组织也随之改变,抽拉速度越大定向效果越差。利用金相显微镜观察到微观组织由位向不同片层团组成,随抽拉速度不同,片层位向也有所不同。在抽拉速度较低时,组织中大部分片层方向与生长方向约成0°或45°夹角,随抽拉速度增加,组织中将出现片层方向与生长方向约成90°夹角的片层团。另外随着生长速率的增加,片层间距减小。最后对试样的力学性能进行了测试和分析,材料的平均抗拉强度为366.8MPa,延伸率为1.495%。表明该试样相对于一般铸态组织具有较好的抗拉强度和延伸率。利用扫描电镜观察了室温拉伸试样的断口形貌。定向凝固片层组织的断裂方式主要是沿片层的解理、穿片层断裂和沿晶断裂。在此基础上制备出了成分为Ti46Al0.5Si0.5W具有定向组织涡轮发动机叶片。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 定向凝固技术理论及进展
• 1.2.1 传统定向凝固技术
• 1.2.2 定向凝固技术的发展
• 1.3 特种合金的感应熔炼及铸造技术
• 1.3.1 冷坩埚感应熔炼技术
• 1.3.2 电磁悬浮熔炼技术
• 1.3.3 磁悬浮熔体处理技术
• 1.3.4 电磁连续铸造技术
• 1.3.5 软接触电磁连铸的发展与现状
• 1.3.6 电磁约束成形定向凝固技术
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 研究路线及实验方法
• 2.1 研究路线
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验设备工作原理
• 2.3 实验用材料
• 2.3.1 原料的熔炼与制备
• 2.3.2 结晶冷却用液态金属
• 2.4 分析与测试方法
• 第3章 电磁冷坩埚工艺的实验研究
• 3.1 前言
• 3.2 空载时的电磁冷坩埚内的磁场测定
• 3.2.1 电磁场的测量工具
• 3.2.2 电磁场的测量原理
• 3.3 电磁场测量
• 3.3.1 结果和分析
• 3.4 方形电磁冷坩埚定向凝固实验
• 3.4.1 工艺实验方法
• 3.4.2 工艺实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 钛铝基方坯的组织和性能分析及应用
• 4.1 前言
• 4.2 宏观组织分析
• 4.3 微观组织分析
• 4.3.1 各个部分的微观组织分析
• 4.3.2 全片层组织
• 4.4 力学性能测试分析
• 4.4.1 拉伸实验
• 4.4.2 断口分析
• 4.5 涡轮发动机叶片的制备
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢