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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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发表于 2022-5-18 13:57:53
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