W元素對(duì)定向凝固Ti-45AL-6Nb合金組織與性能的影響.pdf

1、高Nb-TiAl舍金具有密度低、強(qiáng)度高、抗蠕變性能與抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，是最具優(yōu)勢(shì)的航空航天高溫結(jié)構(gòu)材料之一。通過改變合金成分與定向凝固工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)TiAl合金片層組織的控制，使組織結(jié)構(gòu)與性能得到優(yōu)化。本文采用感應(yīng)懸浮熔煉法制備出Ti-45Al-6Nb、Ti-45Al-6Nb-0.4W與Ti-45Al-6Nb-0.8W合金鑄錠并重力鑄造成合金棒，首先運(yùn)用Bridgeman定向凝固技術(shù)，在1550℃保溫溫度下，分別以5μm/s、10μm/s和

2、20μm/s的凝固速率進(jìn)行凝固，制得穩(wěn)定生長(zhǎng)的定向凝固試棒。其次采用光學(xué)懸浮區(qū)熔法定向凝固技術(shù)分別在5mm/h、7mm/h、10 mm/h、15 mm/h和20 mm/h的生長(zhǎng)速率下制備穩(wěn)定生長(zhǎng)的合金試棒。從光學(xué)懸浮區(qū)熔法定向凝固樣品穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)截取標(biāo)準(zhǔn)拉伸樣品進(jìn)行拉伸與氧化實(shí)驗(yàn)。
　　研究表明，W元素含量的變化引起片層取向與片層厚度的變化。隨W元素含量增加，α2/γ兩相片層厚度先減小后增加。凝固速率變化將使片層取向與片層厚度發(fā)生變

3、化。過快與過慢的凝固速率不利于獲得平行于生長(zhǎng)方向的片層組織，且隨著凝固速率增加，片層厚度減小。定向凝固工藝參數(shù)與加熱方式對(duì)合金生長(zhǎng)與組織影響顯著。較高的溫度梯度會(huì)縮短競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)區(qū)，同時(shí)也使合金在較高的生長(zhǎng)速率下獲得與晶體生長(zhǎng)方向平行的片層組織成為可能。加熱方式不同產(chǎn)生不同的穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)組織，由于電磁攪拌作用，感應(yīng)線圈加熱方式使合金片層內(nèi)部組織無室溫偏析B2相，而光束加熱使合金內(nèi)部片層組織存在B2相。
　　對(duì)合金拉伸性能分析可知，晶粒數(shù)

4、、片層取向以及偏析B2相對(duì)合金力學(xué)性能影響顯著。在片層與加載軸夾角相同的情況下，單晶合金力學(xué)性能優(yōu)于柱狀晶合金;對(duì)于單晶合金，當(dāng)合金片層平行于拉伸軸時(shí)，合金力學(xué)性能最優(yōu)，隨著片層與加載軸角度的增大，合金性能逐步下降;合金內(nèi)部偏析B2相顯著降低合金性能。
　　對(duì)合金高溫氧化實(shí)驗(yàn)分析表明，當(dāng)添加少量W元素后，合金表面更加致密、孔洞大幅減少，氧化物顆粒更加均勻細(xì)小。對(duì)氧化剖面分析表明，在長(zhǎng)時(shí)間熱空氣暴露下，在氧化層與片層之間形成了一層以