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Phase-field simulation of solidification dendritic segregation in ti-45al alloy

China Foundry 2017年第3期14卷 184-187页

作者： Yu-tuo Zhang Yun Chi Chun-qing Hu School of Materials Science and Engineering Shenyang Ligong University Shenyang 110159 China Liaoning Academy of Governance Shenyang 110161 China

The microstructures and mechanical properties of ti al alloys are directly linked to micro-segregation which cannot be avoided during solidification. So a thorough understanding of the micro-segregation should be a great help to further enhance the mechanical properties of the cast products. Theoretical analysis and experiments have been used to predict the micro-segregation, but it is very difficult to observe and determine the dendritic segregation in the micro region. Phase-field method has been employed for the simulation of dendritic growth. However, due to the complicated quasi-sub regular solution model for ti-45al(at.%) alloy, the classic phase-field models have difficulty to deal with the free energy. In this work, a phase-field model by linking thermodynamic calculation was used to simulate solidification dendritic segregation of ti-45 al alloy for Liquid→Liquid+β(ti). The free energies of solid phase and liquid phase for ti-45 al alloy were calculated by Thermo-Calc and then coupled with the phase-field equations. The simulation results show the dendritic morphology and al content variations between liquid and growing solid phase for ti-45 al alloy. With the growth of the β(ti), dendritic segregation is formed in the liquid and solid phases due to the solute partitioning and rejection into the liquid. As a result, the dendrite arms are depleted of al element, while the inter-dendrites are enriched. The dendritic tip growth velocity decreases with the progress of solidification, whereas the segregation ratio increases.

关键词：阶段地模型树枝状的分离 ti-45al 免费精力等温的团结 TP391.92 A

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稀土Yb对钛铝合金组织和高温抗氧化性能影响研究

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作者：张小艳长安大学

学位级别：硕士

tial合金具有比强度高、密度低、高温比弹性模量高、蠕变抗力好、抗氧化性能优良及耐腐蚀性佳等优点,作为轻质高温结构材料有望在600～900℃取代镍基合金应用于航空航天、兵器、汽车等领域,应用前景广阔。然而,其力学性能差且高温抗氧... 详细信息

tial合金具有比强度高、密度低、高温比弹性模量高、蠕变抗力好、抗氧化性能优良及耐腐蚀性佳等优点,作为轻质高温结构材料有望在600～900℃取代镍基合金应用于航空航天、兵器、汽车等领域,应用前景广阔。然而,其力学性能差且高温抗氧化性能不足,这极大的制约了tial合金的发展及广泛应用。因此改善tial合金的力学性能且同时提高其高温抗氧化性能对tial合金的发展具有重要意义。本文通过放电等离子烧结制备ti-45al合金,分别加入不同含量稀土YbO以及YbB,研究不同稀土对于钛铝合金组织及性能的影响。通过压缩应力应变曲线以及压缩断口形貌的观察与分析,探讨钛铝合金的断裂机理。通过摩擦磨损实验,得出摩擦系数和摩擦磨损表面形貌,并分析其磨损机理。采用氧化增重法,对钛铝合金氧化膜的组成、结构和形貌进行研究,分析高温氧化动力学的氧化规律。实验结果显示:两种稀土YbO/YbB以及不同加入量对钛铝合金的显微组织、力学性能和高温抗氧化性能都有着显著的影响。当稀土以YbO的形式加入合金时,其中,ti-45al-0.7YbO合金综合性能最好:晶粒细化效果最优(3.39μm),相比ti-45al合金(5.98μm)提升了43.3%。显微硬度达到458HV,相比ti-45al合金(374HV)提升了22.5%,抗压强度为2314MPa,相比于ti-45al合金(1671MPa)提升幅度高达38.4%。摩擦磨损实验显示,该合金磨损率较低(1.73mm·N),相对于ti-45al合金(2.47mm·N)磨损率降低了29.67%,抗摩擦磨损性能也得到有效改善。在800℃经100h高温氧化后氧化增重仅为10.9g,相比ti-45al合金(14.6g)降低了25.3%。在加YbO合金中稀土氧化物YbO主要以点状沿晶界弥散分布,随着其含量的增加,有聚集成块状的趋势,对其性能不利;当稀土以YbB的形式加入合金时,其中,ti-45al-0.3YbB合金综合性能最好。晶粒细化效果最优(2.23μm),相比ti-45al合金(5.98μm)提升了62.7%。显微硬度为431HV,相比ti-45al合金提升了15.2%,抗压强度为2580MPa,相比于ti-45al合金提升幅度高达54.4%。摩擦磨损实验显示,该合金磨损率低(1.60mm·N),相对于ti-45al合金磨损率降低了34.96%,抗摩擦磨损性能也得到有效改善。在800℃经100h高温氧化后氧化增重仅为6.4g,相比ti-45al合金降低了56.0%。在加YbB合金中会出现由于原位反应所生成的硬质颗粒tiB及稀土氧化物YbO,在放电等离子烧结过程中,YbB中的Yb吸取合金中的氧生成YbO,净化基体,具有氧化物弥散强化的效果。同时生成第二相tiB,其具有很好的细晶强化的效果。

关键词： ti-45al 放电等离子烧结高温氧化稀土 Yb

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