TiAl二元包晶合金定向凝固組織形成規(guī)律研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地研究了TiAl包晶合金定向凝固過程中相和組織的選擇規(guī)律。在理論上預(yù)測(cè)了可能存在的相和組織形態(tài)，并通過實(shí)驗(yàn)得到了包晶合金定向凝固過程中界面形態(tài)的演化，兩相競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，兩相共生生長(zhǎng)和帶狀組織等凝固現(xiàn)象，為進(jìn)一步控制TiAl合金的定向凝固組織奠定了基礎(chǔ)。
　　計(jì)算了TiAl合金各凝固相的界面響應(yīng)函數(shù)，結(jié)合最高界面生長(zhǎng)溫度判據(jù)，分析了TiAl合金定向凝固過程中的初生β相和包晶α相的相和組織選擇規(guī)律，確定了以成分與VG/為框架的Ti

2、-(44-50)Al合金組織選擇圖。在考慮成分過冷和充分形核假設(shè)的條件下，利用近穩(wěn)態(tài)包晶合金組織選擇模型(NCU)，確定了Ti-(44-50)Al合金的組織選擇圖，結(jié)果表明在低速生長(zhǎng)條件下兩者結(jié)果一致。進(jìn)而利用NCU模型計(jì)算了Ti-(50-58)Al成分范圍內(nèi)的組織選擇圖，為確定典型合金成分及工藝參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。
　　對(duì)Ti-Al二元系等原子比附近的兩個(gè)連續(xù)包晶反應(yīng)內(nèi)的四個(gè)成分，在溫度梯度為100K/cm和80K/cm、凝固速度2

3、μm/s到25μm/s范圍內(nèi)進(jìn)行了定向凝固實(shí)驗(yàn)。從宏觀和微觀上分析了TiAl合金定向凝固組織，確定了合金成分和凝固速度對(duì)最終凝固組織的影響。Ti-(44-50)Al合金定向凝固組織得到柱狀晶的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，描述了初生β相和包晶α相的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)關(guān)系，分析了包晶凝固過程對(duì)組織的影響，揭示了凝固組織中初生β相和包晶α相的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)形成機(jī)制。得到了Ti-(44-50)Al包晶合金定向凝固過程中界面形貌演化規(guī)律，從平界面向胞晶/枝晶界面轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理

4、論計(jì)算結(jié)果吻合較好。
　　在生長(zhǎng)速度為2.8μm/s和6.7μm/s，溫度梯度為100K/cm的條件下，Ti-52.5Al合金定向凝固組織中出現(xiàn)了初生α相與包晶γ相交替生長(zhǎng)的帶狀組織。當(dāng)γ相和α相的交替帶狀組織完全消失后，出現(xiàn)了β相、α相和γ相三相均為胞狀界面的協(xié)同生長(zhǎng)。
　　Ti-52.5Al合金在生長(zhǎng)速度為6.7μm/s，溫度梯度為80K/cm的定向凝固條件下得到了初生α相與包晶γ相的共生生長(zhǎng)組織。理論上分析了共生生長(zhǎng)的

5、基本特征，并將共晶合金的共生生長(zhǎng)與包晶合金共生生長(zhǎng)進(jìn)行比較，確定了包晶合金共生生長(zhǎng)的條件，建立了包晶合金穩(wěn)態(tài)過熱生長(zhǎng)模型。Ti-52.5Al合金在定向凝固過程中不但存在著α相和γ相的共生生長(zhǎng)組織，還存在α相離散的帶狀組織、α相的島狀生長(zhǎng)、振蕩組織、以及出現(xiàn)α單相—α相和γ相的共生生長(zhǎng)—α單相的混合帶狀組織。
　　帶狀生長(zhǎng)和共生生長(zhǎng)的形成是溫度梯度、溶質(zhì)濃度、初生相與包晶相的形核析出以及各相競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)等多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。從形核、