γ-TiAl基金属间化合物电磁成形定向凝固及组织特性研究

摘要

该文利用课题组自行设计的真空宽调速电磁成形定向凝固实验设备,以Ti-48％Al(at.％)为实验材料,采用电磁成形定向凝固技术,对极活泼的γ-TiAl工程合金无污染定向凝固组织制备工艺进行了系统的研究,并对包晶系TiAl基金属间化合物的非平衡定向凝固特性进行了初步探讨,主要研究内容及结论如下:1.探索γ-TiAl基金属间化合物无接触电磁成形定向凝固组织的制备工艺.借鉴不锈钢的电磁成形定向凝固工艺,建立适合γ-TiAl基金属间化合物电磁成形的感应器-屏蔽罩系统;合理控制温度梯度G<,L>与凝固速率V的大小,在保证γ-TiAl金属熔体电磁约束稳定成形的基础上,制备出γ-TiAl基金属间化合物无(少)污染的定向凝固样件.2.掌握γ-TiAl基金属间化合物在亚快速定向凝固条件下的凝固特性.利用改进的有模定向凝固工艺,研究凝固控制条件V对包晶系钛铝合金的稳定相和亚稳相的竞争与选择及组织形态演化等的影响规律并探求其作用机理,提供控制晶体片层结构的工艺方法.在上述研究的基础上,成功实现了简单形状的γ-TiAl基金属间化合物的约束成形,获得了表面质量良好的定向凝固组织样件;考察了凝固速率对TiAl包晶合金的相选择以及生长形态等凝固特性的影响,并初步分析了其内在机制.研究结果表明:轻质TiAl基合金熔体在无接触电磁成形过程中容易产生剧烈的电磁搅拌,合理调节电流强度和抽拉速率以及控制合适的固液界面位置等工艺参数有利于提高TiAl基合金无接触电磁成形的稳定性.在温度梯度基本保持不变的条件下,随着凝固速率的增加,γ-TiAl基合金的凝固界面形态由胞状界面逐渐转变为枝状界面,同时初生相由高温稳定相向亚稳相转化.在该成分γ-TiAl基合金中,一次枝晶臂间距和凝固速率的函数关系为λ<,1>=K<,2>V<'-0.25>G<,L><'-0.5>,片层间距与凝固速率的关系为λ∝3.9×10<'-9>V<'-0.46>,α<,2>和γ相体积分数在一定范围内随凝固速率变化.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2电磁成形定向凝固技术的研究与发展现状

1.2.1材料电磁加工技术研究概况

1.2.2定向凝固技术

1.2.3提高温度梯度的途径

1.3γ-TiAl基金属间化合物的研究进展

1.3.1简介

1.3.2γ-TiAl基金属间化合物的晶体结构与基本固态相变

1.3.3γ-TiAl基金属间化合物的研究开发及应用前景

1.3.4现有的γ-TiAl基金属间化合物无(少)污染成形熔铸技术

1.3.5定向凝固γ-TiAl基金属间化合物的研究概况

1.3.6γ-TiAl基金属间化合物的片层组织控制

1.4研究思路及主要研究内容

参考文献

第二章实验方法与技术路线

2.1研究背景及选题依据

2.2金属熔体无接触电磁成形定向凝固技术的基本原理

2.3 γ-TiAl基合金的无接触电磁成形可行性分析

2.4实验设备及实验用材的选择

2.4.1实验设备

2.4.2实验用材

2.5技术路线

参考文献

第三章γ-TiAl基合金无接触电磁成形系统的建立

3.1电磁成形技术理论基础

3.2电磁成形过程中的热力比问题

3.2.1理想条件下作用在金属熔体的电磁压力和加热密度及热力比

3.2.2实际条件下作用在柱形样件的电磁压力和加热密度及热力比

3.3无接触电磁成形系统的建立

3.3.1电磁成形磁场频率的选取

3.3.2感应器的结构设计

3.3.3屏蔽罩的选择与设计

3.4本章小结

参考文献

第四章γ-TiAl基合金无接触电磁成形定向凝固过程研究

4.1前言

4.2 γ-TiAl基合金无接触电磁成形定向凝固实验过程

4.2.1金属熔体的无接触电磁成形过程一般性描述

4.2.2无接触电磁成形定向凝固实验过程具体描述

4.3电磁约束成形定向凝固实验工艺控制

4.4电磁约束成形过程的稳定性分析

4.4.1无接触电磁成形过程中受力与电流的变化关系

4.3.2电磁成形过程的稳定性规律

4.3.3电磁成形过程的稳定性周期

4.5本章小结

参考文献

第五章定向凝固γ-TiAl基合金的组织演化与相组成

5.1改进的定向凝固工艺方法

5.1.1实验设备

5.1.2试样的制备

5.1.3温度梯度的测定与估算

5.1.4组织分析

5.2等原子比附近TiAl合金中的相类型

5.3等原子比附近TiAl合金的平衡凝固过程

5.4亚快速条件下定向凝固TiA1合金的凝固组织演化

5.4.1固液界面形态的演化

5.4.2定向凝固过程中各相的竞争与选择

5.4.3定向凝固过程中组织演化

5.5定向凝固Ti-A1合金的枝晶臂间距、片层间距和相组成分数

5.5.1枝晶臂间距和片层间距

5.5.2α2和γ相的体积分数

5.6本章小结

参考文献

结论

符号表

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明