定向凝固Ni-45Ti-5Al合金微观组织及力学性能研究

admin · 发表于 2023-10-9 20:12:09

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雅宝题库解析：
NiTi合金作为形状记忆材料，由于具有优异的力学性能、良好的形状记忆效应以及生物相容性，已经在航空航天和医疗上得到广泛应用。近年来，NiTiAl 合金作为一种新型结构金属间化合物材料引起了普遍关注。将Al作为合金化元素加入到NiTi基合金中可以大幅提高NiTiAl合金的室温和高温力学性能，有望成为具有应用潜力的新型高温结构材料。但同时损害了NiTi合金固有的优良室温塑性。鉴于此，本文采用液态金属冷却定向凝固技术，在消除铸造缺陷前提下，利用EPMA、SEM、EDS和OM等实验方法，研究了凝固工艺条件（加热温度、抽拉速率）对NiTiAl合金定向凝固组织的影响，并测试了该合金的室温拉伸力学性能。结果表明：定向凝固Ni-45Ti-5Al合金宏观组织具有明显的柱状晶形貌，微观组织由初生NiTi基体相和Ti2Ni两种相组成，呈胞状晶生长形态。NiTi基体相和沿胞晶界分布的Ti2Ni相分别以[100]和[111]方向为择优取向，两相组织均固溶有一定量的Al元素，且基体相中Al元素含量大于Ti2Ni析出相中Al元素含量。在1450-1650℃的加热温度和1.2-12mm/min的抽拉速率范围内，定向凝固Ni-45Ti-5Al合金的固/液界面胞晶生长形态没有发生显著变化。随着加热温度的升高，定向胞晶组织变化不明显，平均胞晶间距为30-50μm，但是合金固/液界面形状由凸弧状向平直状转变，热过渡区组织与定向生长区组织的关联性逐渐变好。随着抽拉速率从1.2mm/min提高到12mm/min，定向胞晶组织明显细化，胞晶间距由85μm减小到25μm，Ti2Ni相尺寸更细小，沿胞晶界由接近连续分布转变为断续地弥散分布。胞晶间距λ1与凝固参量G-1/2V-1/4之间近似线性关系。经过定向凝固后的Ni-45Ti-5Al合金在室温下的抗拉强度明显高于普通的铸态合金，抗拉强度高达1820MPa，总应变量达到2.81%，没有明显的屈服现象，塑性应变量很小，合金的断裂方式主要是解理河流花样的脆性断裂特征。胞状晶界析出的Ti2Ni相使晶界强度降低，是裂纹容易萌生和扩展的薄弱区域，微调Ni/Ti原子比能有效地改善Ti2Ni相析出量和尺寸大小，合理控制这类合金第二相的形貌、分布和体积分数是获得优异性能的重要方式。

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