真空白耗方法冶炼工业尺寸tial合金铸锭的冶金质量分析

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1、2010年2月第1期高帆等：真空自耗方法冶炼工业尺寸TiA1合金铸锭的冶金质量分析．65．真空白耗方法冶炼工业尺寸TiA1合金铸锭的冶金质量分析高帆，王磊，王新英，张继(1．东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室，辽宁沈阳110004；2．钢铁研究总院高温材料研究所，北京100081)[摘要】分析了真空自耗+真空自耗凝壳复合方法冶炼工业尺寸TiAl合金铸锭的台金质量，并在Al元素分布的均匀性、氧含量和铸锭组织方面与单步真空自耗电极电弧冶炼方法制备的铸锭进行了对比。结果表明：真空自耗+真空自耗凝壳复合方法可以制备出完整、无裂纹的TiA

2、l合金铸锭；与单步真空自耗电极电弧台炼制备铸锭相比，该方法制备的TiAl合金铸锭，不同位置Al含量波动小，铸锭实测成分与设计成分偏差小。观察发现，铸锭组织为粗大柱状晶组织，铸锭中心位置柱状晶平均宽度为560m，R／2位置柱状晶平均宽度为800m，边缘位置2000m。【关键词]TiAl合金；真空自耗电弧熔炼；Al元素分布【中图分类号]TG146．2．1；TG146．2．3【文献标识码]A[文章编号]1672—6103(2010)01—0065—04O引言去除高熔点未熔元素的特点。因而采用真空自耗+TiA1合金因具有高的比强度、比模量，优良

3、的真空自耗凝壳复合冶炼方式可能获得较好冶金质抗蠕变和抗氧化性能，成为当前颇具发展前途的轻量的大尺寸TiA1合金铸锭。本研究采用真空自耗凝壳冶炼方法制备+180mmTiA1合金铸锭，通过与仅质高温结构材料fl】。但其较低的室温塑性限制了实采用真空自耗电极电弧冶炼方法获得的铸锭在Al际应用。研究表明，热机械处理可以细化、均匀化TiA1合金组织囝，改善合金的室温塑性。近些年来，元素分布均匀性、氧含量和组织形貌等方面进行对比，分析了该方法的特点并评价了制备铸锭的冶金TiA1合金的热机械处理已有较多研究，并已在实验室中获得较好的力学性能。然而目前

4、热机械处理所质量，为TiA1合金铸锭的工业化生产提供参考。用的铸坯尺寸一般较小，热变形后难以制成实际部1试验材料与试验方法件。因而，需要冶炼较大尺寸的TiAI合金铸锭。试验合金的名义成分为Ti一32．8A

5、一4．5(Cr，V)国外已有研究探讨应用真空自耗电极电弧冶(质量分数，％)，采用真空自耗与真空自耗凝壳复合炼方法制备大尺寸TiA1合金铸锭，该方法在控制缺冶炼方法(以下简称复合冶炼法)制得，铸锭直径为陷、Al元素微观偏析以及Al元素挥发等方面均具180mm。从铸锭不同位置取粉状样品对Al元素含有一定优势口]。但是，由于TiA1合金中A

6、l、]ri元素的量进行化学成分检测，取样位置见图la。参比铸锭熔点和密度相差较大，因而在真空自耗电极电弧冶名义成分为rri一32．8A1—4．5(Cr，V，Gd)，采用单步真空炼过程中，存在金属熔池凝固结束时Ti等高熔点元自耗电极电弧方法制得，铸锭直径为+160mm，铸素尚未完全合金化和Al元素在熔池中不均匀分布锭Al元素含量检测位置见图1b。的现象，导致制备的铸锭中存在高熔点未熔颗粒，从复合冶炼与单步冶炼铸锭中各切取12mm铸锭不同位置Al含量差异较大等诸多问题13,5】。厚的圆片，并在该圆片上取6O。扇形试样作为金相真空自耗凝壳冶炼

7、方法工艺具有冶炼过程中观察试样，观察金相试样轴截面的微观组织，即图2熔体过热度高，熔池较深，可实现成分的均匀化及中阴影部分。金相试样采用SiC砂纸研磨、并进行机械抛光处理，然后用5％氢氟酸十10％硝酸+85％水[作者简介]高帆(1981一)，男，辽宁本溪人，博士研究生。(体积分数)侵蚀。[收稿日期]2009—08—22·66·中固有色冶金B卷研究开发篇·试验研究2．2铸锭中AI含量的均匀性及氧含量TiA1合金的组织及力学性能与Al含量密切相函冒口冒口关，因而，铸锭中Al元素分布的均匀性及准确性十分重要。此外，氧含量对TiA1合金室温塑性

8、有明显影响嘲，其也是衡量TiA1铸锭冶金质量的重要指标之一。Al元素的化学分析结果表明，采用单步冶炼法制备的铸锭，Al元素的平均含量为31．90％，不同位置间A1含量的偏差范围是一6％～+0．8％，而采用复合．．冶炼法制备的铸锭，A】元素的平均含量为32．68(a)复合方法冶炼铸锭(b)单步方法冶炼铸锭％，不同位置问Al含量偏差范围是一0．6％-+0．6％，如图4。可见，复合冶炼法制备的铸锭Al元素含量与图1TiA1合金铸锭取样化学分析示意图设计成分接近，且铸锭中Al元素分布更均匀。分析(分析位置用白固代表)认为，在真空白耗电极电弧冶炼

9、过程中，金属熔池冒口较浅，金属的凝固时间较短，且为顺序逐层凝固，这易导致A1元素分布不均匀。而在真空自耗凝壳冶炼过程中，金属熔池较深，金属保持液态的时问更长，这有利于Al元素的均匀化。因而复合冶炼法制备的铸