TiAl8Nb合金铸造性能研究

作     者：张东明 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐勇;于美杰

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高Nb-TiAl合金 精密铸造 陶瓷模壳 溶胶制备 微观组织 

摘      要：随着航空航天和军事工业的发展,传统的镍基、铁基高温金属材料越来越不适合目前的发展,急需开发新的材料以迎合日益高涨的需求。高铌钛铝合金是高温高强TiAl合金中的典范,在高温下依然能够保持优良的力学性能,即便是在航空、航天以及军事领域等要求极为苛刻的服役条件下也可完全达到使用要求。无论是高科技领域先进设备的开发及应用,还是汽车零部件的研发都以高温结构材料的发展为基础。虽然应用前景极为广阔,但钛铝基合金生产难度大、成本高,机加工困难,实际应用受到了很大的限制,批量化生产和推广也受到了阻碍。本文首先选取碱式碳酸锆、冰乙酸和乙醇制备锆溶胶,并研究了反应温度和反应时间以及碱式碳酸锆和冰乙酸比例对锆溶胶的形成以及粘度的影响规律;然后以该锆溶胶为原料和氧化锆配制面层浆料,并研究面层浆料的粘度随粉液比和搅拌时间的变化规律;从避免型壳开裂以及焙烧工艺两方面进一步研究了熔模精密铸造用氧化物陶瓷模壳制备工艺;最后,采用真空悬浮熔炼炉进行离心浇注出Ti-36.3Al-8Nb、Ti-39.1Al-8Nb、Ti-41.9Al-8Nb和Ti-46Al-8Nb四种高铌钛铝合金铸件。对铸件进行宏观缺陷分析,然后进行微观组织观察,结合相图分析Al含量对高铌钛铝合金组织的影响。研究结果表明,随着碱式碳酸锆和冰乙酸比例的增加以及反应温度的提高和反应时间的延长,得到的锆溶胶粘度随之降低,锆溶胶也越发澄清透明。该锆溶胶成分单一且在高温下能够保持稳定;锆溶胶和氧化锆粉所配制的面层浆料随着粉液比的增大粘度也逐渐增大,随着搅拌时间的延长粘度经小幅下降后不断增大。模壳脱蜡过程中容易发生开裂,通过采用空心蜡模和热砂脱蜡相结合的方法可以有效解决该现问题的出现。实际浇铸出的排气阀铸件复刻性好,表面光洁、明亮,但仍有缺陷存在,如在排气阀盘部边缘位置以及薄壁位置有浇不足现象;在排气阀内部也出现了缩松、缩孔等缺陷;Ti-36.3Al-8Nb、Ti-39.1Al-8Nb、Ti-41.9Al-8Nb和Ti-46Al-8Nb虽然Al含量有所不同,但主要都是由α-TiAl和γ-TiAl两相组成,当Al含量较低时合金的组织多以板条和树枝状存在,Al含量较高时能够明显的看出其中的α/γ片层组织,并且在片层上存在着明显的白色网状β偏析,随着Al含量的增加片层的转变更加完全,且白色网状β偏析也明显减少。