凝固过程中TiAl合金与容器的界面化学反应的研究

通过对定向凝固过程中TiAl合金与氧化铝、氧化锆坩埚材料的界面化学反应进行研究,分析了夹杂物的分布规律以及反应机制。结果表明:氧化铝坩埚中的SiO2粘结剂与TiAl合金发生界面化学反应,使坩埚内壁的Al2O3颗粒脱落进入TiAl合金熔体,夹杂物在整个试样中呈弥散分布。TiAl合金与氧化锆坩埚的化学反应仅发生在合金试样表面,反应生成的黑色氧化锆具有较大脆性,并在试样表面形成厚厚的粘结层。     

定向凝固下Ti-48Al合金与不同氧化物铸型涂层界面反应的研究

通过SEM、EDS以及XRD等检测方法对Ti-48Al合金分别与Al2O3、Y2O3、ZrO2铸型涂层的界面反应处的微观组织、元素分布以及界面处的相组成等进行检测;同时结合对界面处的硬度测量,得到界面反应层厚度。结果表明,合金熔体与不同铸型涂层均发生了界面反应。铸型涂层材料不同,界面反应剧烈程度也不同。反应过程中在熔体和扩散元素的冲击下,物理侵蚀和化学反应同时存在形成了反应层,反应的强弱则与涂层材料有关。更值得注意的是,对钛铝合金与铸型涂层的热力学性质进行了计算。研究还表明,熔体在界面处的反应层主要由涂层材料的脱落扩散程度控制,涂层中的元素尤其是O元素的扩散是控制界面反应进程的重要因素。     

γ-TiAl合金定向凝固过程中与氧化钇陶瓷材料的界面反应

研究液态金属冷却定向凝固条件下,Ti-47%Al合金与Y2O3/Al2O3双层结构陶瓷管内层Y2O3的相互作用。分析熔体温度和相互作用时间对界面反应、合金组织和成分的影响。结果表明：虽然Y2O3层受到一定程度的侵蚀和溶解,但Y2O3层有效地阻隔化学稳定性较差的Al2O3外层与TiAl合金熔体接触,避免Al2O3与TiAl之间的化学反应。合金熔体受到一定程度的污染且含有少量夹杂物。在一定保温时间内,合金中的杂质含量（Y和O）和夹杂物（Y2O3）体积分数均随着过热温度的提高而增加,但随着保温时间的进一步延长,杂质含量和夹杂物体积分数趋于恒定值,不再显著变化。     

TiAl基合金冷坩埚定向凝固研究现状与发展趋势

冷坩埚定向凝固技术基于材料电磁加工原理,将合金连续熔化、电磁约束成形和连续凝固过程统一,避免模壳法定向凝固造成的合金熔体污染,是TiAl等高活性合金高纯净定向凝固的重要方法之一。报告了TiAl基合金冷坩埚定向凝固技术的研究结果,建立了电磁场、温度场与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。通过改变冷坩埚的横截面形状,初步制备出具有定向凝固组织的TiAl基合金圆、方和扁锭,研究结果表明该方法不但适合于Ti—Al二元合金,而且施与多元多相TiAl基合金也是可行的。通过对成分和组织的控制,所研究的TiAl基合金定向凝固试样的室温拉伸塑性最高达到1．5％左右。最后指出将该方法应用于耐高温的轻质高Nh含量的γ-TiAlNb合金的定向凝固是未来的发展趋势。     

γ-TiAl合金定向凝固过程中与氧化钇陶瓷材料的界面反应(英文)

研究液态金属冷却定向凝固条件下,Ti-47%Al合金与Y2O3/Al2O3双层结构陶瓷管内层Y2O3的相互作用。分析熔体温度和相互作用时间对界面反应、合金组织和成分的影响。结果表明:虽然Y2O3层受到一定程度的侵蚀和溶解,但Y2O3层有效地阻隔化学稳定性较差的Al2O3外层与TiAl合金熔体接触,避免Al2O3与TiAl之间的化学反应。合金熔体受到一定程度的污染且含有少量夹杂物。在一定保温时间内,合金中的杂质含量(Y和O)和夹杂物(Y2O3)体积分数均随着过热温度的提高而增加,但随着保温时间的进一步延长,杂质含量和夹杂物体积分数趋于恒定值,不再显著变化。     

8090Al—Li合金定向凝固界面形态与溶质偏析

本文阐述了定向凝固参数对8090Al-Li合金固液界面形态和溶质偏析行为的影响。结果表明:当下拉速度R<0.13mm/min(温度梯度G_L=130℃/cm)时,可得到平面凝固组织,当R>0.75mm/min(G_L=130℃/cm)时,可获得枝晶组织,且R越大,枝晶越细小。胞晶组织存在范围很窄,元素Cu偏析较严重,杂质元素Fe,Si也有很大偏析,界面形态对溶质偏析行为有显著影响。以粗枝晶凝固时,偏析比较大,凝固组织粗大。     

冷坩埚连续熔化与定向凝固Ti50Al合金的温度场计算(英文)

为了优化工艺参数和实现定向凝固,计算不同参数条件下的冷坩埚连续熔化与定向凝固Ti50Al(摩尔分数,%)合金的温度场。模型中的连续铸造通过识别运动单元的不同位置而实现。结果表明,在功率为52kW和抽拉速度为3.0mm/min时,送料棒在200s时可以完全熔化,在300s时具有一定的过热度。当功率为52kW时,随着抽拉速度从1.2mm/min加快到6.0mm/min,送料棒的过热度和熔区都减小,并且固-液界面变凹,其中在6.0mm/min时,送料棒不能被完全熔化。当抽拉速度为3.0mm/min时,随着功率从48kW增加到58kW,固-液界面位置变低且变凹,当功率为48kW时,送料棒不能被完全熔化。当抽拉速度和功率配合恰当时,可以实现冷坩埚连续熔化与定向凝固TiAl合金。     

高铌TiAl合金与陶瓷型壳的界面反应

研究了高铌TiAl合金Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y(at%)分别与Al2O3/ZrO2/Y2O3坩埚的界面反应。测得界面反应层的厚度分别为40,170和20μm。研究中最大的发现在于Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y(at%)合金在3种坩埚中凝固后显微组织的转变。经测定该合金在3种坩埚中凝固获得的试样中氧含量分别为0.35,0.41和0.11(at%)。由于在合金熔化和凝固过程中,坩埚中的氧元素扩散进入合金基体,较高的氧含量导致合金显微组织发生转变,在与Al2O3和ZrO2坩埚反应的合金中发生了包晶反应。作为对比,选取一种低铌含量的TiAl合金Ti-49.5Al-2Cr-2Nb。经测定在3种坩埚中反应的氧含量分别为0.40,0.63和0.25(at%),但是组织却没有明显的差异。     

一种镍基定向凝固高温合金与陶瓷铸模的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段研究了某镍基定向凝固高温合金与SiO_2基陶瓷型壳以及Al_2O_3基陶瓷型芯的界面反应。实验结果表明,该镍基定向凝固合金与SiO_2基陶瓷型壳会发生较严重的界面反应,在合金与SiO_2基型壳之间有一层约3~5μm厚的白色HfO_2层和一层稀薄的Al_2O_3层,反应产物的富集可以抑制界面反应的进一步进行;而与Al_2O_3基型芯几乎不发生界面反应,只有微量的HfO_2在界面处零星分布。同时,这一结果符合了界面反应的热力学关系。虽然Al_2O_3基型芯能有效减少界面反应,但Al_2O_3基型芯存在较多的空隙,合金熔液在凝固时渗入其中增加了合金表面的粗糙度,提高Al_2O_3基铸型的致密度有利于提高合金铸件表面品质。     

高温合金定向凝固界面换热系数逆向求解与验证

通过实验采集了DD6单晶叶片定向凝固过程温度场数据,基于数值模拟逆向求解确定了定向凝固过程中界面换热系数。采用这些界面换热系数进行了ProCAST数值模拟,得到了凝固过程位移场,并与真实叶片实测位移场进行比较,证实仿真结果与试验结果吻合较好,验证了反求界面系数的可靠性。     

高Nb-TiAl合金定向凝固研究现状及展望

高Nb-TiAl合金具有高比强和优异的高温性能,是TiAl合金向800℃以上应用发展的重要方向,其定向组织合金作为叶片材料在高推重比发动机中具有巨大的应用潜力。以传统TiAl合金定向凝固为背景论述了高Nb-TiAl合金定向凝固的研究现状。首先介绍了定向凝固方法和模壳材料发展,然后对高Nb-TiAl合金定向凝固宏观组织、界面形态和片层特征控制进行了评述,接着简要阐述了冷坩埚定向凝固制备高Nb-TiAl合金的相关工作,进一步对定向组织高Nb-TiAl合金的力学性能进行了分析。最后,展望了高Nb-TiAl合金定向凝固的发展方向。     

钛铝基合金与4种陶瓷界面反应的研究

借助SEM和差热分析(DTA),研究了Ti48Al2Cr2Nb合金与Y2O3、ZrO2(Y2O3稳定)、ZrO2(MgO稳定)和锆英砂4种陶瓷耐火材料界面反应后金属侧的显微组织,并测定了Ti48Al2Cr2Nb合金与Y2O3、ZrO2(Y2O3稳定)、ZrO2(MgO稳定)和锆英砂4种陶瓷耐火材料的初始反应温度.结果表明,Ti48Al2Cr2Nb合金与锆英砂反应后的显微组织最粗大,为菊花状,而与Y2O3反应产物最细小均匀,为颗粒状;4种陶瓷材料对Ti48Al2Cr2Nb合金的初始反应温度依次为:1500,1400,1380和820℃.     

钛合金冷坩埚连续熔铸过程定向凝固

水冷铜坩埚存在很强的侧向散热,而定向凝固则必须保证单向热流,分别从电磁力、温度场及传热3方面来分析冷坩埚定向凝固的可行性.结果表明:在三相点焦耳热最大,感应焦耳热弥补了侧向散热,保证在下驼峰与坩埚接触点Z0附近区域等温线近乎平直,能够利用冷坩埚实现钛合金的定向生长.增大电磁压力,提高熔体过热度,可以减小坩埚壁的侧向散热,有利于冷坩埚实现定向凝固.     

高温长时条件下TiAl合金与醋酸锆粘结氧化钇模壳的相互作用

针对TiAl合金定向凝固工艺要求,研究了高温长时条件下Ti-47Al-2Cr-2Nb合金熔体对醋酸锆粘接氧化钇模壳的侵渗作用和模壳对合金铸棒的污染状况。结果表明,醋酸锆粘结氧化钇模壳与Ti-47Al-2Cr-2Nb合金在1550,1600,1650℃下保温30min后,TiAl合金熔体的侵渗作用仅限于模壳内表层,模壳整体结构完整,未见合金液渗出。合金铸棒中存在两种夹杂物,一种是Al2O3,一种是由Al2O3和Y-Al-O组成的混合夹杂物。随着保温温度的升高,合金铸棒中夹杂物的尺寸和体积分数明显增加。1650℃保温30min条件下,夹杂物分布在合金铸棒的整个横截面上;1550,1600℃保温30min后,夹杂物从合金铸棒的边缘向中心呈减少趋势;1550℃保温30min条件下,铸棒中的夹杂物基本上仅分布在距边缘约500μm内,至铸棒表面2500μm处已基本没有夹杂物存在。文章对合金铸棒内部夹杂物的形成机理进行了分析。     

TiAl合金定向全片层组织的籽晶法制备

以Ti-43Al-3Si为籽晶,在Ti-47Al合金中成功的制备出了与生长方向平行的定向全片层组织.结合Ti-Al二元相图,分析了亚包晶和过包晶成分合金的凝固路径,确定了籽晶法控制TiAl合金片层方向对母料合金成分的要求.通过对不同生长速率下Ti-47Al合金籽晶法定向凝固组织的观察发现,成功的引晶生长应保证高温α相沿非择优取向<1120>以平界面生长,即采用足够高的温度梯度和足够低的生长速率. Α相胞状树枝晶生长过程中将在枝晶间析出β相,破坏定向全片层组织.     

AZ31镁合金定向凝固的有限元模拟

定向凝固技术是获得新型功能材料的一种重要手段。基于有限元算法,对采用传统法和定向凝固法铸造的AZ31镁合金内部温度、应力、应变分别进行了仿真模拟。结果表明,采用定向凝固法铸造的AZ31镁合金,其内部温度为单相分布,更有利于形成柱状晶,从而提高Az31镁合金的性能。     

细晶TiAl基铸造合金的制备及其凝固特征

采用非自耗电弧熔炼铸造方法,制各了Ti-Al-Nb基铸造合金.通过X射线衍射、金相观察、扫描电镜及透射电镜等实验方法,研究了Al含量对基体合金显微组织与凝固特征的影响.结果表明,适当降低铸造合金中铝的含量,能制备出晶粒细小的Ti-44Al-2Nb-1Cr-1W-1B合金,其平均晶粒尺寸为50 μm.细晶TiAl基铸态合金中β相与γ相存在"伴生"现象;同时,该合金中一定量β相稳定元素W和Nb的加入,使高温β相得以在凝固过程中保留到室温,这种少量β相的存在也限制了a相晶粒的长大.     

TiAl金属间化合物的定向凝固和晶向控制

在航空航天及能源领域有重要应用价值的TiAl基合金，由于其γ α2片层结构的特点，采用定向凝固技术控制片层方向可以更好地发挥其潜能。从相与组织选择及晶体择优生长特性角度，讨论了具有包晶反应的高温γ-TiAl合金的定向凝固与晶向控制，分析了晶向控制中引晶、合金化、调节成分与凝固参量及它们的综合作用所得到的结果与存在的问题，并提出了此领域今后应注意的方面。     

TiAl与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能

以Ti为中间层实现了TiAl与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析,并对接头剪切强度进行测试。结果表明:当钎焊温度为960℃时,钎缝主要由Tiss和Ti2Ni组成;当钎焊温度从960℃升高到1000℃时,钎缝中生成Ti-Al及Al-Ni-Ti化合物,典型界面结构为:GH99/(Ni,Cr)ss/Ti2Ni+AlNi2Ti+TiNi/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al+Al3NiTi2/TiAl;钎焊温度继续升高,Ti3Al和Al3NiTi2变得粗大,导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃,保温10min时,接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高,钎缝厚度先增加后减小。