静电悬浮技术制备单晶钛合金中超细析出相的形成机制与性能调控

本文系统研究了静电悬浮（ESL）技术在钛合金快速凝固过程中的应用，重点探讨了不同过冷度下β-Ti枝晶生长动力学（生长速度达40.0 m/s）及其对亚晶界密度、纳米析出相（α-Ti/TiFe）分布的调控机制。通过非接触式测量获得熔体热物性参数，揭示了高过冷条件下单晶形成规律及微观组织遗传特性，为开发高性能钛合金（Ti-55511/Ti-233）提供了新思路。

　　

亮点

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  通过容器法处理实现单晶钛合金内超细析出相的形成
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  静电悬浮技术揭示高过冷度下β-Ti枝晶生长动力学规律
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  快速凝固显著影响通过微观组织遗传的析出相形成

结论

总之，采用具有容器法条件的静电悬浮（ESL）技术研究了Ti-55511和Ti-233合金的凝固机制。显著结果总结如下：

（1）随着液体过冷度的增加，β-Ti枝晶的生长速度按照幂函数增加。具体而言，Ti-55511合金在363 K（0.19 T_L）的过冷度下，β-Ti枝晶的生长速度达到40.0 m/s，而在Ti-233合金中，在更高的388 K（0.24 T_L）过冷度下，它降低到6.6 m/s。

（2）由于单个晶核的快速生长，在高过冷条件下，两种合金中都形成了具有高密度亚晶界的球形单晶。

（3）通过微观组织遗传证实，快速凝固显著影响析出相的形成。在Ti-55511合金中，经过高过冷和热处理后，大量超细α-Ti片层从β-Ti中均匀析出，而含有纳米级TiFe析出相的Ti-233单晶合金直接通过容器法技术加工。

（4）在固溶强化和第二相强化的协同作用下，通过容器法技术加工的Ti-55511和Ti-233合金的纳米硬度分别提高到5.3和7.2 GPa。