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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
TiAl基合金具有低密度、良好的高温性能，在汽车制造、航空航天等领域具有广阔的应用前景。TiAl基合金的力学性能具有显著的组织敏感性，当TiAl基合金的片层取向与载荷轴向平行时其室温塑性和强度可达到最佳匹配。根据bcc-β、hcp-α和L10-γ相之间特定的晶体取向关系，TiAl基合金的片层取向理论上仅取决于凝固过程的初生相，然而合金的初生相选择及其择优生长方向还受到凝固条件和Al含量的影响，进而引起室温下片层取向的变化。鉴于此，本文研究了定向凝固过程中温度梯度和抽拉速度对Ti-xAl-2Cr-2Nb（x=45、46、47和49at%）合金定向凝固的相选择以及片层取向的影响规律，以阐明枝晶生长方向与凝固参数的关系，并探讨了定向凝固过程中TiAl基合金片层取向的控制方法。首先研究了不同凝固参数范围内（温度梯度介于40-125K/cm、抽拉速度介于0.36-10mm/min之间），定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的固液界面形态，得到了合金的相选择规律。结果表明，当G/v值介于6.67-7.5×108Ksm-2之间时，合金以α枝晶形态凝固；当G/v值低于4.8×108Ksm-2时，合金以β胞/枝晶形态凝固。其次，根据片层晶粒与生长方向的空间取向，反推择优生长晶粒所对应的β枝晶生长方向。结果表明，在低温度梯度或低抽拉速度下，Ti-47Al-2Cr-2Nb合金择优长大晶粒的片层取向与生长方向呈74°，β枝晶倾向于沿β方向生长；在高温度梯度或高抽拉速度下，择优长大晶粒的片层取向与生长方向呈45°，β枝晶易于沿β方向生长；当抽拉速度或温度梯度介于前两者之间时，片层与生长方向的角度介于50-78°之间，β枝晶生长出现了β和β方向。对于Ti-49Al-2Cr-2Nb合金，温度梯度恒定为40K/cm，当抽拉速度由0.36mm/min增加至10mm/min时，定向凝固合金的固液界面由α枝晶变为β枝晶形态。同时，随着抽拉速度的增加，合金定向生长区择优长大晶粒的片层取向由与生长方向呈71°逐渐减小至15°。在相同的凝固参数（G=40K/cm，v=5mm/min）下，随着Ti-xAl-2Cr-2Nb合金中Al含量由49at%逐渐减小至45at%，α相由L+β→α包晶反应形成变为通过β→α固态相变形成，合金定向生长区的柱状晶也相应地由不同取向的择优长大晶粒变为与生长方向呈0°或45°的断续生长的柱状晶。温度场计算表明，当抽拉速度高于50mm/min时，可显著增大沿试棒径向的横向温度梯度。这种变化导致试样的宏观组织由沿试棒中心的柱状晶区和两侧倾向中心生长的柱状晶区组成。但靠近试棒中心区域的横向温度梯度变化不大，晶粒依然可以沿试棒中心轴向生长。在较低的G/v值下，TiAl基合金以β初生相凝固。当Al含量较低（低于45at%）时，合金凝固过程中无包晶反应，建议在较高的温度梯度进行定向凝固实验；当Al含量稍高（介于46-49at%之间）时，出现了包晶反应，建议选择较快的抽拉速度。在较高的G/v值下，TiAl基合金以α初生相凝固。如果能调节凝固参数使α相的α方向垂直于热流方向，则可控制室温下获得的片层组织的取向。 |
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发表于 2022-8-27 17:58:09
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