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本文以Ti-43Al-3Si(at%)合金为主要研究对象,在3μm/s至100μm/s不同生长速度下进行了系统的定向凝固试验。借助金相显微镜、扫描电镜等分析手段对合金的宏观及微观组织进行了研究,分析了合金中相的种类、形态、分布以及相互的影响。研究了生长速度、温度梯度等因素对合金的固液界面形态、合金凝固过程组织形成与演化规律的影响。对胞晶间距、过渡区长度和过渡区晶粒尺寸进行了测量统计,分析了生长速度对它们的影响。同时,本文还结合研究所得规律,进行了Ti-43Al-3Si合金籽晶法定向凝固试验。 定向凝固Ti-43Al-3Si合金涉及的相变过程有:L→α+Ti5Si3,L→γ+Ti5Si3,α→α2+γ,α2→Ti5Si3+γ,其中,α和Ti5Si3共晶是该合金最显著的凝固行为。经历上述相变后,该合金主要由α2/γ片层结构、γ相和Ti5Si3相组成。α2/γ片层是母相α经历固态相变后转变而成的,它与沿生长方向拉长的Ti5Si3相形成的共晶结构是基体组织。母相α呈现平/胞/枝等多种形态。在接近淬火界面或生长速度较快时,由于凝固过程溶质偏析,α+Ti5Si3共晶组织间出现富集溶质的液相,部分液相在后续凝固过程中直接转变成γ相,也有部分发生共晶反应形成γ+Ti5Si3共晶组织。凝固析出的γ相的形态有:块状和长条状。Ti5Si3相主要源自共晶反应,主要分布于α相中,在后续的固态相变中,部分细小的Ti5Si3相分布于α2/γ片层边界间。Ti5Si3相的形态有:杆状、针状、细小粒状和团聚的须状等。 随着生长速度的增大,固液界面形态由平界面逐渐向胞状界面,在高速时(v=90μm/s)形成树枝晶。该合金在5μm/s至60μm/s速度范围内均为胞状固液界面,70μm/s至80μm/s时转变为胞枝晶生长,在90μm/s时,形成发达的树枝晶。胞晶间距随着生长速度的增大而减小,但减小趋势逐渐变缓。过渡区界面由低速时的平界面逐渐转变成高速时的上凸弧形界面。试样过渡区长度随着生长速度的增大而减小,而过渡区晶粒尺寸变化不大。 根据上述研究规律,选择确保胞状生长的抽拉速度(5μm/s),并选取具有合理取向的Ti-43Al-3Si籽晶材料,对Ti-43Al-3Si母体合金进行籽晶定向凝固实验,获得了层片取向平行于生长方向的定向凝固组织。