杂质在定向凝固过程中的迁移和凝固偏析行为,对钛硅基合金定向凝固后,硅富集层和钛硅共晶合金层的提纯均有重要的影响。本文主要是在电磁感应定向凝固钛硅合金成功分离硅和钛硅共晶合金的基础上,开展了钛硅合金电磁感应定向凝固除杂的实验研究。以高硅钛硅合金为研究对象,在不同钛硅质量比的钛硅合金定向凝固铸锭中,分别研究了杂质在硅富集层、钛硅共晶合金层以及杂质富集层中的迁移规律以及凝固偏析的行为,对各分层中杂质分布及杂质相组成展开研究,以期为杂质在硅富集层和钛硅共晶合金层中的进一步去除奠定基础。以钛硅质量比为1:9的钛硅合金定向凝固铸锭的硅富集层为研究对象,开展硅富集层中杂质去除的实验研究。实验结果表明,在本实验条件下,最优的下拉速率为5μm/s,在此下拉速率下,既可保障较高的杂质去除效率,又可以尽可能的缩短了定向凝固的时间。此时,硅富集层中Fe、Al、Ca杂质的平均含量分别从2800 ppmw、1700 ppmw、260 ppmw降到了29.65 ppmw、12.55 ppmw、36.85 ppmw,平均去除率为98.94%、99.26%和85.83%。硅富集层中的杂质主要富集在硅富集层的底部和顶部,底部残留杂质相是由于异质形核所导致,杂质相以Si C、Ti Si₂为主,而顶部残留杂质相则是因为随着定向凝固的持续进行,杂质在熔体中的浓度逐渐增加,加之温度梯度降低,从而达到其分凝极限所致,杂质相以Ti Si₂和τ₅相为主。以钛硅质量比为2:8的钛硅合金定向凝固铸锭的共晶合金层为研究对象,开展共晶合金层中杂质去除的实验研究。实验结果表明,杂质在整个共晶合金层的纵向分布上呈现出逐渐增大的趋势,在下拉速率为5μm/s的条件下,共晶合金层底部的Fe、Al、Ca含量分别从3600 ppmw、1900 ppmw、200 ppmw降到了45 ppmw、24 ppmw、32 ppmw,去除率为98.75%、98.74%和84%。由于杂质在液固界面的推进速率不及下拉速率,从而导致钛硅共晶合金层的顶部区域存在杂质相的残留。残留的杂质相主要由两部分构成,在Ti Si₂晶内固溶形成τ₅相和在Ti Si₂晶界偏析形成Fe Ti Si₂相。以钛硅质量比为1:9和2:8的钛硅合金定向凝固铸锭的杂质富集层为研究对象,开展杂质富集层中杂质的凝固偏析行为的研究。实验结果表明,随着定向凝固的进行,由于杂质富集层中含铁杂质相主要是以Ti Si₂相到τ₅相的转熔以及τ₅相到τ₁相的转熔形成,而在转熔过程中均存在硅相的析出,这就使得铸锭中的杂质相晶粒体积逐渐增大,硅相占比面积增加,Ti Si₂晶粒的分布逐渐减少。此外,杂质在杂质富集层中的析出明显具有方向性,随着定向凝固的进行,晶粒指向逐渐从平行于铸锭中心纵向轴线指向铸锭顶部中心的方向转变为熔体指向坩埚的方向。