题目：铸造钛铝合金尺寸效应的研究

γ-TiAl系金属间化合物具有密度小、比强度高、高温力学性能和抗氧化性能优异等特点，是一种很有前景的高温结构材料。 -TiAl合金的力学性能与其显微组织有强烈的依赖关系，凝固理论研究发现，铸件壁厚尺寸对其热学行为和凝固组织产生影响，不同的凝固组织必然表现出不同的力学性能，因此有必要研究铸件尺寸对其凝固组织和性能的影响。基于此，本研究针对模拟叶片组织的板状试样，通过观察不同厚度的铸造γ-TiAl板状试样的组织，并测试其力学性能，研究铸件尺寸对其组织和力学性能的影响，课题的研究将为铸造-TiAl合金组织和拉伸性能对试样尺寸的敏感程度的评价提供一定的依据，以更好的评价-TiAl合金部件的可靠性。研究所获主要结果如下：首先，通过组织观察，发现在三种厚度的铸造-TiAl板状试样中均整齐对长的柱状晶组织，其微观组织为自生成择优取向全层片组织。通过对组织的定量分析，得到铸造-TiAl板状试样组织中柱状晶粒宽度和层片间距均是随着试样厚度的增加而增加的，铸造-TiAl板状试样越厚，其层片组织的层片越趋向于平行板状试样截面中心轴线排列。这是因为试样尺寸的变化改变了凝固过程中的温度梯度和冷却速度，从而影响了试样的铸造组织。通过对试样光面金相的研究发现，显微疏松主要分布在距离试样边缘200μm范围内，显微疏松的尺寸分布在50μm-100μm。通过研究保留试样原始铸造表面时3mm、4mm和5mm三种厚度铸造-TiAl板状试样的室温拉伸性能，得出随着试样厚度的增加，其室温抗拉强度增大。通过进行将试样原始铸造表面加工至见光时三种厚度板状试样的室温拉伸试验，研究铸造表面对试样室温拉伸性能的影响，结果表明，由于将作为裂纹源和裂纹扩展的通道的显微疏松被磨削掉，试样没有显著的薄弱环节，3mm、5mm厚度板状试样的室温抗拉强度分别提高到268MPa、310MPa。通过测试由不同厚度铸造试样加工而成的相同厚度的板状试样的室温拉伸性能，研究经过不同的机械加工尺寸后铸造γ-TiAl板状试样的室温拉伸性能。研究结果表明，厚度为4mm和5mm的铸造γ-TiAl板状试样加工至3mm厚度后室温拉伸强度分别为319MPa、346MPa，比原始3mm厚度试样的室温抗拉强度分别高12%、22%。这是因为原始厚度越大的试样中片层取向与拉伸方向具有较好的一致性，且沿拉伸方向上的晶粒数比原始厚度小的试样少，使得其抗拉强度明显优于原始厚度较小的试样。通过对3mm、4mm、5mm铸造γ-TiAl板状试样的显微硬度的研究表明，显微硬度是随着试样厚度的增加而减小的，这是因为随着试样厚度增大其组织中柱状晶粒宽度和层片间距增大，层片间距愈大，相界面积愈小，强化作用降低，从而引起了试样显微硬度的减小；而柱状晶粒宽度愈大，单位面积上的晶粒愈少，晶界的总面积减小，每个晶粒周围不同取向的晶粒数少，对塑性变形的抗力小，从而显微硬度小。