直流電流對TiAl基合金定向凝固過程的影響.pdf

1、由于TiAl基合金具有高比強度、高比剛度以及良好的高溫抗氧化、抗蠕變和抗氫脆等特性,是一種優(yōu)秀的耐熱輕質(zhì)材料,在提升發(fā)動機工作效率方面應用潛力很大,是下一代的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。然而,TiAl基合金的室溫塑性差,限制了TiAl基合金的推廣及應用?？刂撇牧系哪踢^程是提高鑄件性能和開發(fā)新型材料的重要途徑,近年來出現(xiàn)了許多新型的凝固技術(shù),這些新技術(shù)借助于外場的引入會影響凝固過程,從而提升材料的性能,其中電流凝固技術(shù)則是研究比較多的一個研究方向

2、,但是目前的研究大多集中于研究電流作用對低熔點合金的影響,對于高熔點的金涉及較少。本文對電流作用下的TiAl基合金定向凝固過程進行了研究,重點考察了電流對TiAl基合金定向凝固組織的影響。
　　首先建立了一種適用于在TiAl基合金定向凝固過程進行電流作用的實驗方法和用數(shù)值計算模擬研究了感應加熱線圈的匝數(shù)以及線圈內(nèi)輸入電流大小對定向凝固TiAl基合金試樣上磁感應強度分布的影響,為電流作用下定向凝固實驗及其實驗工藝參數(shù)的確定提供了理論

3、依據(jù)。發(fā)現(xiàn)隨著感應加熱線圈內(nèi)輸入電流的增大,磁力線的分布狀態(tài)并不受影響,然而隨著線圈匝數(shù)的減少則會顯著降低試樣內(nèi)在固液界面處的磁感應強度。
　　為能夠直觀地觀察電流對TiAl基合金定向凝固過程的影響,采用一種透明AMPD-4.1at％SCN亞包晶模擬物來近似代替實驗中所采用TiAl基合金,進行了物理模擬實驗。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著電流密度的逐漸增大,亞包晶模擬物AMPD-4.1at%SCN的定向凝固過程中的包晶β相一次枝晶間距呈直線下降

4、。
　　設計改進了電流作用下的定向凝固實驗裝置,采用成分為Ti-48Al-2Cr-2Nb的TiAl基合金進行了不同電流密度下的定向凝固實驗,并獲得了在不同電流密度作用下的TiAl基合金定向凝固試樣。研究發(fā)現(xiàn)隨電流密度的不斷升高初始凝固區(qū)與穩(wěn)定生長區(qū)的界面從凸形逐漸變成了平滑的直線,使定向凝固生長過程中固液界面的受熱分布更加均勻。當加載的電流密度在0~60.6mA/mm2的范圍內(nèi)變化時,會抑制Ti-48Al-2Cr-2Nb合金定向凝