Улучшение структуры и механических характеристик конструкционных интерметаллидов системы титан—алюминий при направленной кристаллизации

Abstract

Представлены результаты исследования процессов структурообразования и механических свойств при направленной кристаллизации γ-стабилизированного интерметаллидного сплава системы титан—алюминий. Показано, что применение направленной кристаллизации при бестигельной зонной плавке сплава Ti-44Al- 5Nb-3Cr-1,5Zr (ат. %) приводит к формированию специфической микроструктуры. Установлено, что на структуру образующегося слитка при направленной кристаллизации влияют, в основном, два параметра — скорость затвердевания и градиент температуры в расплаве на границе ликвидус. Исследования показали, что при скорости 150 мм/ч температурный градиент достигает 300 °C · см⁻¹. Это приводит к упорядочению и ориентации вторичной фазовой микроструктуры материала и к закономерному улучшению его физико-механических свойств. Регулировка микроструктуры позволяет значительно улучшить высокотемпературные механические свойства: прочность, модуль Юнга и сопротивление ползучести. Результаты исследований показали, что температурный предел структурной применимости γ-TiAl (Nb, Cr, Zr) можно расширить от 750—800 °С до 900—950 °С.

Представлені результати дослідження процесів структуроутворення та механічних властивостей при спрямованій кристалізації β-стабілізованого інтерметалідного сплаву Tі-44Al-5Nb-3Cr-1,5Zr (ат. %). По казано, що спрямована кристалізація при безтигельній індукційній зонній плавці призводить до створення специфічної мікроструктури сплаву Tі-44Al-5Nb-3Cr-1,5Zr (ат. %). Досліджено ефект впливу високого градієнта температури для керування структурою, фазовим складом і фізико-механічними властивостями. Кристалізація та післякристалізаційний відпал сплаву при такому градієнті призводять до впорядкування та орієнтації вторинної фазової мікроструктури матеріалу і до підвищення його фізико-механічних властивостей. Встановлено, що при швидкості плавки 150 мм/год температурний градієнт дорівнює 300 °С · см⁻¹, що забезпечує рівномірну оптимальну структуру зливка в процесі плавки. Регулювання мікроструктури дозволяє істотно поліпшити високотемпературні механічні властивості: межу міцності, модуль Юнга та опір повзучості. Результати досліджень показали, що температурну межу структурного застосування цього типу сплавів можна розширити з 750—800 °С до 900—950 °С.

The paper presents the results of investigation of the processes of structure formation and the mechanical properties at the directional solidification of a β-stabilized intermetallic alloy of the titanium-aluminium systems. It is shown that the use of the directional solidification at a crucibleless induction zone melting produces a specific microstructure of alloy Ti-44Al-5Nb-3Cr-1.5Zr (at. %). It is established that the thermal gradient and the rate of solidification in the directional crystallization are the basic thermodynamic tools that make it possible to form an ordered microstructure. Investigations showed that, at the speed of 150 mm/h, the temperature gradient reaches 300 C · cm⁻¹. This leads to the ordering and orientation of the secondary phase microstructure of the material and to the improvement of its physico-mechanical properties. Regulation of the microstructure allows an essential improvement of the high-temperature mechanical properties, namely ultimate strength, Young’s modulus, and creep resistance. The results showed that the temperature limit of the structural applicability of alloys of this type can be expanded from 750-800 °C up to 900-950 °C.