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题目:
雅宝题库答案:
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雅宝题库解析:
TiA1基金属间化合物具有密度低、强度高、良好的抗氧化性及蠕变能力等优点,有可能代替部分镍基高温合金,成为推重比10以上涡轮发动机高压压气机叶片、低压涡轮导向叶片及机匣等部件的候选材料。迄今,国内外已经对TiAl基合金进行了广泛的研究与开发,其工艺水平有了很大提高,用途也发展很快。然而,由于TiAl基合金性能受合金成分均匀性、凝固组织均匀性及杂质元素含量的影响较严重。因此,要获得性能稳定的TiAl基合金铸件,就对TiAl基合金的熔炼和铸造提出了特殊的要求。目前,利用耐火材料坩埚进行TiAl基合金真空感应熔炼受到人们的广泛关注。但由于TiAl基合金熔体的反应活性高,迄今为止,尚未发现对其呈现完全化学惰性的耐火材料。目前,最受关注的耐火材料是低成本、高熔点和高耐火度的氧化物材料,其中Y2O3是常见的金属氧化物中热力学稳定性最高的耐火材料,这表明它对于TiAl基合金熔体应具有良好的稳定性。本文以TiAl基合金为基础,采用Y2O3陶瓷坩埚真空熔炼,研究了熔体过热处理、合金元素Al和Nb、真空室压强对坩埚稳定性,合金组织及成分的影响规律,并结合热力学和动力学理论分析,揭示了TiAl基合金熔体与Y2O3相互作用规律和微观机理。根据耐火材料在钛合金熔体中的溶解反应机制,建立了氧化物耐火材料相对于钛合金熔体热力学稳定性的数学模型,并运用现代冶金反应热力学原理进行数值模拟,预测了CaO,MgO,Al2O3和Y2O3四种典型氧化物对TiAl(0 ≤ xAl ≤ 0.5)合金熔体的热力学稳定性,当xAl ≤ 0.2时,氧化物的稳定性顺序为 Y2O3 > MgO > Al2O3 > CaO。当0.2 MgO > CaO > Al2O3。当0.3 CaO > MgO > Al2O3。采用Y2O3作为坩埚材料真空熔炼Ti-(0,25,43,47)Al及Ti-45A1-7Nb合金,Y2O3坩埚受到合金熔体的侵蚀,导致合金熔体污染,氧含量有所增加。在相同试验条件下,TiAl合金中Al和Ti-45Al合金中Nb含量的增加,降低了合金熔体的化学活性,增大了Y2O3的溶解稳定性,减少了Y2O3对合金的污染,合金中氧增量随Al和Nb含量的增加而减少。Ti-(0,25,43,47)Al及Ti-45A1-7Nb合金铸件表面存在Y2O3粘连层,没有产生新的化合物相,界面元素分布相当清晰,没有明显的化学反应层。采用Y2O3作为坩埚材料真空熔炼Ti-47Al-2Cr-2Nb合金,合金以β相为初生相,显微组织是典型的α2 + γ片层状组织,但存在三类显微偏析,即γ单相(Al偏析),残余β相(B2相,β偏析)和Y2O3夹杂物(Y2O3偏析)。随着熔体过热处理温度的升高,提高了合金熔体的化学活性,减少了Y2O3的溶解稳定性,增大了Y2O3坩埚的溶解侵蚀,导致合金熔体污染的增大。随着熔体过热处理时间的延长,合金铸锭中的氧含量与过热时间满足动力学关系式: ,其中氧增量的活化激活能Q0=(366.8±13.1)kJ / mol,指数前系数K0=214.1 m•s-1,A为坩埚和熔体接触界面的面积(m2);V是熔体体积(m3);ct是经过热处理时间t之后合金熔体中的氧浓度;cs是合金熔体中氧饱和浓度(cs > c0)。采用Y2O3作为坩埚材料真空感应熔炼Ti-47Al-2Cr-2Nb合金,当熔炼真空室压强高于10Pa时,在距离铸件表面附近约为5mm内的合金组织是单纯的全片层组织,且片层团尺寸更为细小一些。随着真空室压强的提高,γ单相晶粒出现在距离铸件表面更远的区域,位于α2 + γ片层团的间隙处,其体积分数在1~2%范围内变化。在铸件内部,是由γ晶粒和α2 + γ片层组织构成的近片层组织。当真空室压强小于1.8Pa时,合金的显微组织中γ单相体积分数小于0.5%,基本是单纯的全片层组织。在感应熔炼条件下,由于电磁搅拌作用的存在增大了合金熔体与坩埚壁之间的相对运动,导致坩埚壁表面Y2O3颗粒在合金熔体的冲刷下脱落进入合金熔体中,增大了熔体对坩埚壁的机械侵蚀。在连续的电磁搅拌作用下,坩埚壁表面Y2O3颗粒脱落,导致坩埚内层暴露在合金熔体中,加速了坩埚的进一步溶解侵蚀,导致合金熔体受到更大的污染。 |
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