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TiAl金属间化合物是为实现材料设计轻量化目标而发展起来的一类新型轻质耐高温结构材料,材料最初的目标是在750-900℃内代替高温强度不足的钛合金和密度过高的镍基高温合金,经过近半个世纪的发展,目前TiAl合金已经在航空发动机的低压涡轮叶片、排气阀等高温结构件上取得了初步的应用。为了进一步推动TiAl在高温结构材料领域的深入应用,需要采取手段克服材料自身存在的室温塑性差和高温热成形困难等弊端。本文从提高材料自身洁净度的角度着手,采用不同是熔炼工艺制备TiAl合金锭,研究不同熔炼技术制备的材料内部氧氮含量,测试材料在室温和高温下的强度和塑性指标,尝试建立材料内部间隙原子含量和性能之间的关系。本文采用电子束熔炼工艺制备Ti-48Al-2Cr-2Nb和Ti-43Al-9V-Y合金锭,每种合金熔炼3次,合金在熔炼结束时质量损失率分别为18.75%和19.53%。在熔炼时熔体内部产生马兰戈尼对流,导致合金中各个组元在铸锭的径向和轴向存在浓度梯度,在铸锭底部和边缘铝元素含量高于铸锭顶部和中心的铝元素含量。电子束熔炼的合金在不同位置铝元素含量不同,Ti-48Al-2Cr-2Nb从铸锭上表面中心至边缘的显微组织由近层片组织向双态组织过渡,层片晶团的尺寸也随之减小。合金下表面受到水冷铜坩埚激冷作用产生微裂纹并从底部扩展至铸锭上表面,材料在中心和0.5r附近室温抗拉强度为196MPa和167MPa,室温伸长率均为0.14%。Ti-48Al-2Cr-2Nb在800℃中心和0.5r处最大的抗拉强度为364MPa和398MPa,对应的高温伸长率为6.9%和5.1%;高温断口表明材料发生穿晶解理断裂。合金中氧含量小于210ppm,氮含量小于50ppm。电子束熔炼Ti-43Al-9V-Y合金底面受到激冷作用,结晶组织转变为片状/羽毛状组织,铸锭顶部为近层片组织。在铸锭中心部位富钇相数量低于铸锭边缘,中心处晶团尺寸大于边缘处晶团尺寸;合金底部组织受上方金属液传热影响,底部的晶团尺寸大于顶部晶团尺寸。材料在中心和0.5r附近室温抗拉强度最高达到475MPa和396MPa,对应的室温伸长率为0.46%和0.43%。Ti-43Al-9V-Y在800℃中心和0.5r处抗拉强度最高为426MPa和420MPa,相应的高温伸长率为5.7%和5.0%。合金在高温下主要发生沿晶解理断裂,部分位置有少量塑性变形形成的韧窝。合金中氧含量小于100ppm,氮含量小于75ppm。采用水冷铜坩埚真空感应熔炼Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,合金熔炼次数3次,熔炼后合金的化学成分接近名义成分。分别观察铸态的冒口和铸锭及热等静压后铸锭的显微组织,XRD衍射结果显示合金主要由γ相组成,还存在少量的α2相和B2相,热等静压后不改变合金的相组成。铸锭经热等静压后组织由近层片转变为双态组织,晶团尺寸减小。合金的断裂强度从高到低依次为热等静压态铸锭、铸态铸锭、铸态冒口,最大的断裂强度分别为322MPa、295MPa、260MPa,材料伸长率依次为0.26%、0.15%、0.28%。在800℃时铸态冒口、铸态铸锭、热等静压态铸锭的高温抗拉强度和伸长率依次为357MPa/3.8%、398MPa/6.9%和496MPa/10.7%,实验证明热等静压处理可以有效提高铸态组织的高温力学性能。铸态断口为穿晶解理断裂,热等静压后试样内部同时出现沿晶脆性断裂和穿晶脆性断裂。感应熔炼制备的钛铝合金内部氧含量主要在800-900ppm范围内波动,氮含量主要在40-50ppm范围内波动。合金在熔炼时氧含量增加明显,氮的增加程度很低。