熱穩(wěn)定處理對Ti-53at%Al合金定向凝固組織影響研究.pdf

1、本文以Ti-53at.％Al合金為研究對象，在Bridgman定向凝固爐中將其熔化至1700°C后進行0-60min不同時間的熱穩(wěn)定處理實驗，隨后直接淬火或以一定速度抽拉一段距離后淬火。分析了熱穩(wěn)定處理過程中糊狀區(qū)的形成，該區(qū)內界面形態(tài)、微觀組織以及溶質成分分布隨熱穩(wěn)定處理時間的變化規(guī)律。進一步對合金進行不同時間熱穩(wěn)定處理后的定向凝固實驗，考察了熱穩(wěn)定處理時間對定向凝固組織以及片層結構形成的影響。由此確定了適合于Ti-53at.%Al合

2、金定向凝固的合理熱穩(wěn)定處理工藝，并采用該工藝對合金進行不同抽拉速度下的定向凝固實驗，獲得了合金從初始過渡到穩(wěn)態(tài)相和微觀組織演化規(guī)律。
　　由于試樣外部強加溫度梯度及合金本身凝固區(qū)間的存在致使熱穩(wěn)定處理過程形成糊狀區(qū)，糊狀區(qū)內由α固相晶粒及橫向和縱向液相通道組成。隨著熱穩(wěn)定處理時間的增加，糊狀區(qū)長度逐漸變短；α固相晶粒逐漸沿溫度梯度方向定向排列，晶粒間發(fā)生融合數(shù)量變少但體積分數(shù)逐漸增多；橫向液相通道率先消失，隨后縱向液相通道也逐漸消

3、失，這是由于糊狀區(qū)內的富Al液滴遷移造成的，根據(jù)TGZM理論對液滴遷移進行計算，表明，液滴遷移出糊狀區(qū)內的時間在20min左右，與實驗觀察結果相符；糊狀區(qū)上界面逐漸由模糊轉變?yōu)榘麪钭詈鬄槠浇缑?。對不同時間熱穩(wěn)定處理下糊狀區(qū)及其前沿液相內溶質分布進行了分析，發(fā)現(xiàn)，沿溫度梯度方向，糊狀區(qū)內固相成分沿合金平衡相圖α固相線變化；當熱穩(wěn)定處理大于30min后，界面前沿液相成分的溶質成分梯度消失，成分變得均勻。
　　對合金進行不同時間熱穩(wěn)定處

4、理后的定向凝固實驗，表明熱穩(wěn)定處理時間對定向凝固組織影響很大，當熱穩(wěn)定處理時間過短(0-20min)，由于糊狀區(qū)及其前沿液相內部溫度場及溶質場尚未達到穩(wěn)定，導致晶粒在很長一段凝固距離內出現(xiàn)擇優(yōu)和非擇優(yōu)取向的競爭生長，無法獲得與熱流方向平行的具有良好定向生長特性的凝固組織。當熱穩(wěn)定處理時間大于30min時，初始過渡晶粒競爭生長距離很短，晶粒平行于生長方向連續(xù)穩(wěn)定生長。隨著熱穩(wěn)定處理時間的增加，由于定向凝固啟動前糊狀區(qū)內部晶粒逐漸融合，層片

5、取向變得單一，從而導致定向凝固試樣內部片層取向也逐漸變得單一，呈現(xiàn)典型的各向異性。進一步對合金分別進行30min和60min的熱穩(wěn)定處理后不同抽拉速率下的定向凝固實驗，分析了熱穩(wěn)定處理時間對相和微觀組織及片層形成的影響。所得試樣均具有較好的定向凝固效果，晶粒沿著溫度梯度方向平行連續(xù)穩(wěn)定生長。但是，在熱穩(wěn)定處理時間為60min時，受定向凝固啟動前糊狀區(qū)晶粒數(shù)量少及片層取向單一的影響，所得定向凝固組織晶粒粗大，層片取向單一，各向異性嚴重。<