文档介绍：博士学位论文
TiAl-5Nb 合金定向凝固过程中
组织演化规律的研究
STUDY ON MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF
TERNARY TiAl-5Nb ALLOY DURING
DIRECTIONAL SOLIDIFICATION
杨慧敏
2010 年 10 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学博士学位论文
TiAl-5Nb 合金定向凝固过程中
组织演化规律的研究
博士研究生:杨慧敏
导师:傅恒志院士
副导师:苏彦庆教授
申请学位:工学博士
学科:材料加工工程
所在单位:材料科学与工程学院
答辩日期:2010 年 10 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
:
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
STUDY ON MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF
TERNARY TiAl-5Nb ALLOY DURING
DIRECTIONAL SOLIDIFICATION
Candidate: Yang Huimin
Supervisor: Prof. Fu Hengzhi
Associate Supervisor: Prof. Su Yanqing
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Materials Processing Engineering
Affiliation: School of Materials Science and
Engineering
Date of Defence:
October, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
TiAl 合金是一种极具潜力的高温结构材料,它的重要发展方向之一是具有
单轴应力状态的发动机叶片。为了充分发挥 TiAl 基合金用于叶片材料方面的优
势,期望 TiAl 基合金以全β凝固方式进行定向凝固,从而获得与生长方向相平
行或成 45°夹角的片层组织。Nb 元素的加入不仅可以提高 TiAl 合金的高温性能
和室温塑性,而且 Nb 元素的加入对获得全β凝固的 TiAl 基合金起到十分重要
的作用。因此,Nb 元素的添加为设计高铝含量的、全β凝固的、可控片层取向
的 TiAl 基合金提供了可能。
本文首先利用 Thermo-Calc 软件对 Ti-Al-Nb 三元合金系进行了热力学计算。
通过分析 Nb 含量低于 15at.%的 TiAl-Nb 三元合金系的变温截面图得出,Nb 含
量分别为 5at.%、10at.%和 15at.%时,Al 含量分别低于 .%、.%和
.%的 TiAl-Nb 三元合金的初生相均为β相。将 Ti-Al-Nb 三元合金系的变温
截面图进一步简化得到了 Ti-Al 伪二元相图,根据 Ti-Al 伪二元相图得到了
TiAl-Nb 合金的“铝当量”表达式,为获得全β相凝固的 TiAl-Nb 三元合金提供
了理论依据。
为了进一步确定全β凝固的 TiAl-Nb 合金的成分范围和验证 Ti-Al 伪二元相
图中全β凝固的成分点,对非自耗电弧熔炼得到的 TiAl-Nb 合金锭的组织演化规
律进行了研究。对于 TiAl-5Nb 合金锭而言,当 Al 含量小于或等于 48at.%时,其
初生相为β相;Al 含量大于 48at.%时,其初生相为α相。本文综合考虑了 Ti-Al
伪二元相图和非自耗电弧熔炼的实验结果,同时为了保持 TiAl 基合金的低密度
的特性和获得较好的综合性能,本文确定用于 TiAl-Nb 合金定向凝固实验的成分
为:Ti-45Al-5Nb、Ti-47Al-5Nb 和 Ti-50Al-5Nb 合金。
对 Ti-45Al-5Nb、Ti-47Al-5Nb 和 Ti-50Al-5Nb 三种合金分别在