2 实验部分 10

2.1 研究方案 10

2.2 实验材料及设备 11

2.2.1 实验材料 11

2.2.2 实验设备 11

2.3 实验过程 14

2.3.1 Ti-45Al-6Nb合金铸锭制备 14

2.3.2 Ti-45Al-6Nb合金棒料制备 15

2.3.3 Al2O3陶瓷坩埚内壁氧化钇涂层制备 16

2.3.4 定向凝固用感应线圈设计 16

2.3.5 Ti-45Al-6Nb合金定向凝固试棒制备 17

2.4分析方法 18

3 宏观与微观组织分析 19

3.1 Ti-45Al-6Nb合金吸铸棒料组织 19

3.2 Ti-45Al-6Nb合金定向凝固宏观组织 19

3.3 Ti-45Al-6Nb合金定向凝固微观组织 21

4定向凝固Ti-45Al-6Nb合金组织中杂质及缺陷 22

4.1 Ti-45Al-6Nb合金片层区域成分分析 22

4.2 定向凝固Ti-45Al-6Nb合金中的Y2O3杂质 24

4.3 定向凝固Ti-45Al-6Nb合金中的缺陷 24

4.3.1 定向凝固Ti-45Al-6Nb合金中的β偏析 24

4.3.2 定向凝固Ti-45Al-6Nb合金中的晶界 25

结  论 26

致  谢 27

参考文献 29

1 引言

1.1 研究背景

1.1.1 TiAl合金的基本性能 

钛铝基合金同时具有金属和陶瓷的优点,它是可在650~1000℃下使用的最佳候选高温结构材料,最近几年来备受材料学家的关注。钛铝金属间化合物与其他钛基或镍基高温合金相比,具有以下几点优势[1]：(a)密度低，其密度为4g/cm3；(b)刚度高，20℃时为175GPa；(c)在850℃以下，具有高的高温强度，抗氧化性也大幅度提高；(d)线膨胀系数低；(e)热传导性升高。在航空发动机性能测试中，主要是通过提高工作温度和减轻重量来改进发动机的总体性能。钛铝基合金由于其轻质、高强、抗蠕变和抗氧化性能突出等优点，目前是极具开发潜力的航空航天用高温结构材料。其中以γ相(TiAl)和α2相(Ti3Al)组成的双相片层结构的钛铝合金塑性、强度等综合性能最佳。图1.1所示为钛铝合金的比强度在各种温度下与其它合金系的对比。

图1.1 结构材料及金属间化合物比强度随温度的变化

从20世纪80年代中期开始，材料学家们注重对双相合金的基础理论和应用的研究，进行了大量的钛铝基合金实验研究，使得钛铝合金的γ相(TiAl)和α2相(Ti3Al)材料组织和性能上得到了空前的发展。

钛铝合金材料与其他轻结构设计中的金属材料相比，其耐热性能大大提高，正是其较低的比重和很高的耐热性能促进了当代航空发动机的进一步发展。但由于其本身延展性较小，可加工性非常差，机械加工的难度和较高的生产加工成本使钛铝基高温结构材料的应用受到了很大的限制。而钛铝基双相结构带来了性能的有效组合，使其在高温下有着很轻的质量和很高的机械性能。其比重仅为钢材的50%，在800℃的高温下，仍具有很高的强度和抗蠕变性能，以至在动力驱动系统中成为耐高温高负荷的最佳轻结构设计材料。近年来，钛铝合金的研究和试验出现了令人满意的结果，某些钛铝合金品种已经克服了生产加工困难的难题，大批量生产技术正逐渐走向成熟。其中铝成分大约在45%~49%左右，诸如Cr、Mo、Mn、Nb等过渡金属组元素含量可达10%。Si、B等半金属元素含量通常小于1%。论文网