冷坩埚定向凝固TiAl基合金高温持久性能研究

采用电磁冷坩埚定向凝固技术制备了成分为Ti-47A1-2Cr-2Nb的合金铸锭,定向凝固后的显微组织为α2+γ全片层结构.在0.4～1.2mm/min的抽拉速率范围内,随着抽拉速率的增加,片层间距减小,柱状晶与生长方向的夹角增大.随着温度升高,合金的拉伸强度有所下降,但由于细化片层界面对切变应力变形的阻碍作用,合金的高温拉伸强度会随着抽拉速率的增加而提高.通过对抽拉速率为1.0mm/min试样的拉伸强度与温度的拟合,得到了拉伸强度和温度之间的函数关系.随着抽拉速率的增加,Ti-47A1-2Cr-2Nb合金的持久寿命明显升高,对于抽拉速率为1.2mm/min试样的持久性能测试表明,其持久寿命最长,达到了48h.持久试样的断口形貌表明,其断裂的主要方式是伴随着少量延性断裂的脆性解理断裂.最后根据时间-温度模型,分别采用Larson-Miller和Manson-Haferd参数法建立了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的持久强度预测函数模型,预测的理论值与试验结果吻合度较高.     

Al—Si合金激光表面合金化的研究

采用ＣＯ２连续激光器对Ａｌ－Ｓｉ合金进行表面合金化处理。采用近代测试手段对表层的组织结构、相组成、合金化元素的分布及显微硬度进行测试和分析。结果表明，合金化元素和其它一些硬质相固溶到α－Ａｌ中，表面层的显微结构明显细化，显微硬度由基体的８０～９０提高到２５０～２８０。     

原位钛基复合材料中TiB的生成热力学及动力学

采用自蔓延高温合成（SHS）、感应熔炼和熔模精铸相结合的方法，利用Ti—B—Al体系制备出了原位自生TiB增强的钛基复合材料。借助XRD、SEM和TEM分析了复合材料的物相和增强体的形态。结果表明：在复合材料中只存在TiB增强体和Ti，无TiAl3杂质相形成，TiB增强体呈柱状短纤维，这与其B27晶体结构有关，且增强体／基体界面清洁无杂质污染，并从热力学和动力学两方面论述了在Ti—B—Al体系中制备TiB增强体的生成机制：在Ti-B—Al体系中，Al首先受热熔化使得Ti和B相继溶解于Al液中；Ti与Al之间先行发生化学反应形成Ti—Al金属间化合物，放出的热量进一步引发了溶解于液相中的B和Ti产生高温自蔓延形成Ti—B化合物。以热力学理论分析，应最终形成TiB2，但实际上由于动力学影响，最终形成了TiB。     

铸型材料对钛铝金属间化合物的污染研究

利用金相组织观察,电子探针分析及显微硬度测试等方法研究了在铸钢生产中常用的几种铸型材料及氧化钙对钛铝合金铸锭表面的污染情况。试验结果表明：几种铸型材料对钛铝合金的表面硬化层厚度分别为氧化钙１６μｍ ,刚玉６０μｍ ,氧化锆１３０μｍ ,锆英砂１３０μｍ ,远低于对钛合金的污染层厚度,而且不发生粘砂。     

TiAl基合金排气阀金属型离心铸造过程内部缺陷分析

在所建立的数学模型基础上总结了TiAl基合金熔体离心力场下的充型规律.结果表明,离心力场的施加对于充型过程有重要影响,熔体以变化的截面面积和倾角填充铸型.熔体截面面积随充型长度的增大而减小,而熔体截面倾角随充型长度的增大而增大,这种变化在型腔入口附近表现得更加明显.此外,针对金属型离心浇铸Ti-48Al-2Cr-2Nb (at%) 合金汽车排气阀内部的常见缺陷,探讨了离心力场下排气阀内部卷入性气孔和偏中心线缩松的产生机理.     

TiAl基合金离心铸造过程中的层流临界值分析

分析了金属型离心铸造ＴｉＡｌ基合金排气阀的充型过程,得出了离心铸造过程中充型速度Ｖ与充型长度之间的关系,以及转台的最大转动角速度ω０ ｍ ａｘ（ｒ／ｍ ｉｎ）的选择依据。结果表明,离心铸造过程中,合金液的充型速度是充型长度的函数,随充型长度的增长而增大;熔体的层流长度随转台最大允许旋转角速度的增大而减小。     

真空吸铸过程中TiAl合金熔体流动状态

利用数值模拟和实验相结合的方法,对金属型底浇式真空吸铸过程中合金熔体的射流宽度、反向充填位置和反向充填区域等流动状态进行研究,并优化了工艺参数。研究表明,随着吸口直径尺寸增加,金属液的射流宽度增大,反向充填位置从底部向上部移动,且充填区域也发生了相应的转变,当吸口直径为4mm时,射流宽度和型腔宽度一致,反向充填消失。当吸口直径为4mm,浇注温度为1620℃时,获得了充型完整的TiAl基合金薄板件,铸件铸态组织晶粒细小,平均尺寸小于50μm,为全片层组织。     

固溶处理对A357合金组织及力学性能的影响

研究了不同固溶处理温度和时间对Ａ３５７合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,在同样时效条件下,随固溶时间的延长,合金的δ均增加,σｂ先增加,后又有所下降。经５４５℃固溶的合金,其σｂ和δ均比５３５℃时稍有增加。随固溶温度的提高或时间的延长,Ｓｉ相变更更加圆整和粗大;Ｆｅ相开矿明显改善;     

真空吸铸TiAl基合金组织研究

利用金属型真空吸铸技术获得了TiAl基合金薄板件,并研究了该铸件的铸态组织以及合金元素对其组织的影响。实验结果表明:由于金属型的强制冷却作用,金属型真空吸铸的Ti-47Al合金薄板铸件铸态组织细小,平均晶粒尺寸在60μm左右;W元素的添加有利于B2相的形成,从而细化组织,其机理是B2相阻碍了α晶粒长大;Si元素添加生成的Ti5Si3相,主要分布在晶界处,形成的Ti5Si3第二相质点会阻碍TiAl基合金凝固过程中组织的长大,有利于细化TiAl基合金组织。     

钛合金冷坩埚连续熔铸与定向凝固电磁场研究

利用ANSYS软件建立冷坩埚连续熔铸过程的数学模型,计算在近矩形冷坩埚连续熔铸过程中冷坩埚内的磁感应强度,分析负载和电流强度变化对钛合金连续熔铸与定向凝固过程冷坩埚内磁感应强度的影响。结果表明:钛合金物料的加入并没有影响轴向磁感应强度的空间分布趋势;轴向磁感应强度在感应线圈与坩埚所包围的区域内聚集分布,且在感应线圈内壁中点处其强度达到最大值,并随着与内壁距离的增加逐渐衰减;磁感应强度随着输入电流的增加线性增大。