《含高量W,Nb低量Al的五元鑄態TiAl合金的凝固基理研究》是依託西南交通大學，由孫紅亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：含高量W,Nb低量Al的五元鑄態TiAl合金的凝固基理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫紅亮
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過開展對含高量W,Nb低量Al的五元TiAl合金(Ti-Al-W-Nb-B)系列的液-固相變基本規律的研究, 揭示該系列合金細晶凝固和顯微偏聚控制的機理。鑑定在一定成分（熱力學條件）和一定冷速（動力學條件）條件下這種合金體系的不同結晶路徑, 確定初次晶L→B和L→a?析出和發生包晶轉變 L+B→ap?的臨界成分點和臨界冷卻速度。定量分析該系列合金在凝固過程中的各相 (包括初次B相，初次a?相, 包晶ap相, 包晶Yp相,以及殘餘留存的有序w（B2）相)之間的相平衡關係。以完善該系列合金的熱力學及熱物性參數為基礎，結合其動力學特徵，建立凝固組織形成的定量描述理論，實現凝固路徑、成分偏析、相組合、組織形態及缺陷的定量預測。為研究工業套用多元多相合金的凝固規律，探索工業合金與結構件的凝固組織精確控制的原理和方法，發展凝固控制技術和基於凝固控制的新材料提供參考。
結題摘要
含有鎢的高鈮多元TiAl合金相對於單純含高鈮的多元TiAl合金更難實現均衡的細晶凝固。TiAl合金的細晶凝固的質量控制因所加入的難熔合金的數量和種類的不同而差異很大。鎢是高熔點重金屬元素，又是強的相穩定元素。添加鎢比添加其他合金元素(如鈮、鉻、錳等)更容易引起合金在凝固時的成分偏聚，枝晶偏聚，更多地在局部範圍改變了TiAl合金的固有凝固規律：如初次晶析出 L＞a 和 L＞b 的臨界成分點, 發生包晶轉變 L+b＞ap 和L+a＞Yp 的臨界成分點等。由於液態合金的成分偏聚加劇, 致使液態合金中的局部區域 1、富含鎢鈮合金元素而在凝固時形成極為穩定的b相, 其結果是在隨後冷卻中形成有序的B2相，並從B2中析出脆性b相；2、富含鋁元素而導致出現 L+b＞ap凝固相變和L+a＞Yp凝固相變，形成粗大的ap 包晶組織以及Yp在晶界的偏聚。這樣就使得鑄錠合金形成具有不均勻結晶晶粒的固態組織。 顯然, 如何製備晶粒細小, 均勻,無有害偏聚相的含鎢鈮TiAl合金是一個需要深入研究的問題, 這是有效發展這種高穩定性高強度TiAl合金的一個亟待解決的關鍵。 本項目運用物理冶金的基本觀點，研究了含鎢、鈮γ-TiAl合金化學成分和冷速對細晶凝固的影響機制。研究發現，含鎢、鈮多元TiAl合金存在著明顯的晶粒難以均勻細化的特性，其細晶凝固質量可通過控制合金中鎢和鋁的含量來控制。通過降低Al 含量可避免包晶，獲得更多的初晶，從而通過固態相變的“多向形核”機制細化晶粒。另外重金屬W導致嚴重的枝晶偏析和“枝晶間隙粗化”現象，枝晶間隙因富Al而形成粗大包晶晶粒。降低W含量（從1.4 at.%到1.0 at.%）能夠明顯減少此類合金的晶粒粗化。在不同冷速下，鑄棒的晶粒尺寸沿直徑分布均呈現典型的“M”型特徵：由表及里為表層細晶，過渡區急劇粗化，心部再適度降低粗化的總體趨勢。冷速快，晶粒沿鑄棒直徑分布差異因過渡區晶粒粗化反而增大。這和後凝固的液體富Al，導致包晶反應有關。 本研究對有關機理進行了深入探討和分析。
