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1、博士学位论文冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-(Er,C,Mn)合金显微组织及力学行为研究STUDYONTHEMICROSTRUCTURESANDMECHANICALBEHAVIOROFTi-47Al-2Nb-2Cr-(Er,C,Mn)DIRECTIONALLYSOLIDIFIEDBYCOLDCRUCIBLE王强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.23TG249.9学校代码：10213国际图书分类号：669.295密级：公开工学博士学位论文冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-(Er,C,Mn)合
2、金显微组织及力学行为研究博士研究生：王强导师：丁宏升教授申请学位：工学博士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.23TG249.9U.D.C:669.295DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONTHEMICROSTRUCTURESANDMECHANICALBEHAVIOROFTi-47Al-2Nb-2Cr-(Er,C,Mn)DIRECTIONALLYSOLIDIFIED
3、BYCOLDCRUCIBLECandidate：WangQiangSupervisor：Prof.DingHongshengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTech
4、nology摘要摘要TiAl合金作为一种新型的轻质高强结构材料，具有密度低、比强度高、抗氧化和抗蠕变性能优异等特点，是650ºC~850ºC替代镍基高温合金的理想材料。但是，TiAl合金的室温脆性和较低的断裂韧性仍需有效改善。合金化和定向凝固技术是优化TiAl合金组织、改善性能的两种重要手段。采用冷坩埚定向凝固技术可以避免高活性的TiAl合金熔体与坩埚接触，有效降低合金熔体的污染。在此基础上，添加合金元素来改变其凝固行为，优化定向凝固组织，调节变形机制，可达到提升力学性能的目的。本文主要围绕冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-
5、(Er,C,Mn)合金展开，系统研究合金元素种类及其含量变化对合金的片层间距、片层取向、初生相和力学性能的影响规律，深入地分析了合金的力学行为，阐明了合金化元素、显微组织与力学性能之间的相关性。冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-(Er,C,Mn)合金凝固组织的研究结果表明，添加0.2at.%Er元素、(0.2,0.5)at.%C元素和(1,3,5)at.%Mn元素均可获得连续生长的柱状晶组织，合金化元素Er、C能细化柱状晶尺寸，而合金化元素Mn对柱状晶无影响；添加0.8at.%Er元素会发现二次枝晶从一次枝晶上脱落，从而引起
6、柱状晶向等轴晶的转变；凝固过程中Er元素能够与合金中溶解的氧结合生成Er2O3颗粒，使合金中固溶的氧含量由940ppm下降至400ppm，起到净化合金熔体的效果；C元素能显著减少室温组织中的B2相含量，且含0.5at.%C合金中会有六方结构的Ti2AlC颗粒相形成；凝固过程中Mn元素富集在β枝晶干中，导致合金室温组织中B2相含量明显增加。合金化元素Er、C能够细化定向凝固TiAl合金的片层间距，且片层间距随着合金化元素含量增加的增加而减小，而合金化元素Mn不改变定向凝固TiAl合金的片层间距；合金化元素Er细化定向凝固TiAl合金片层间
7、距的微观机制提高γ相的形核率，合金化元素C则通过提高γ相形核和抑制γ相生长速率的双重作用来细化定向凝固TiAl合金片层间距。含有合金化元素Er、C、Mn的定向凝固TiAl合金的片层间距随着生长速率的增加而减小，经过线性回归分析后发现片层间距(?)与生长速率(?)之间满足函数关系：?=???，且随着生长速率的增加，合金片层间距下降的速率依次是TNC-0.2C>TNC-1Mn>TNC-0.2Er。定向凝固TiAl合金的初生相为单一的β相时，最终的片层取向与生长方向的夹角集中分布在0º-30º和30º-60º之间，初生相由单一β相转变为β相和
8、α相两相时，最终的片层组织中会出现60º-90º的片层。添加0.2at.%Er，0.2at.%C和(1,3,5)-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文at.%Mn的初生相均是β相，但当添加的C元素含量增加到0
