Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf合金的单晶制备工艺及组织组织性能研究

123456aa

题目：


雅宝题库答案：

****此区域为收费内容****    需支付 1 知识币后可查看，1币=0.01元查看答案

雅宝题库解析：
NiTi-Al基合金具有比强高、抗氧化性强、室温塑性好等特点，密度比镍基、铁基和钴基高温合金低20%左右，在石化、航空航天等领域有很大的应用前景。近年对NiTi-Al基合金进行了微观组织和力学性能的初步研究，但关于NiTi-Al基合金加工变形工艺、热处理工艺对其微观组织和力学性能的影响方面的研究较少，，尤其是NiTi-Al基合金的本征力学性能及其和晶体取向、微观组织的关系方面的研究还未见报道。因此，研究NiTi-Al基合金的单晶制备工艺和取向控制方法，及其对NiTi-Al基合金组织性能的影响，具有重要的理论意义和应用价值。本文首先利用ProCAST软件对NiTi-Al基合金的定向凝固过程进行了数值模拟分析，制定了合理的工艺参数，通过籽晶法LMC定向凝固技术制备出了名义成分49Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf(at.%) 、尺寸为Φ15mm120mm的单晶铸棒，分析了定向凝固参数对宏观和微观组织形态的影响，利用EBSD分析技术测定了NiTi-Al基单晶铸棒的生长取向，利用EPMA技术观察了单晶铸棒不同晶体取向的横、纵截面组织成分，研究了不同晶体取向对NiTi-Al基合金单晶的组织及室温拉伸力学性能、高温力学性能的影响，并讨论了NiTi-Al基合金单晶在室温和高温下的断裂机制。定向凝固49Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf合金由主要由NiTi基体相和Ti2Ni相组成。 NiTi-Al基单晶铸棒横截面为十字状枝晶形貌，Nb元素在枝晶间形成过饱和固溶体NiTi相。Hf元素容易在枝晶间形成板条状的HfO2，而Ti2Ni相容易在枝晶间以难熔元素形成的固溶体或氧化物为介质形核长大。不同生长取向单晶试样的枝晶形貌不同，由此产生的枝晶间距也不同，进而影响枝晶间的析出相含量及形貌。在所研究的3个定向凝固抽拉速率中(5×10-6，1×10-5和1.5×10-5 m•s-1)，当保温温度为1600℃、保温20min时，随着抽拉速率的增加，枝晶形貌更加规则，排列更加致密，枝晶间NiTi基体相中固溶的Nb和Hf元素含量增加。随着抽拉速率的增加，Ti2Ni相体积含量也随之增加，且形状以及分布都发生改变。当抽拉速率为5×10-6 m•s-1及1×10-5 m•s-1时，Ti2Ni相仅在枝晶间析出，但当抽拉速率为1.5×10-5 m•s-1时，Ti2Ni相出现在枝晶内，呈现为十字状形貌NiTi-Al基合金单晶 [001]方向取向偏离度为3.8°时，试样的室温抗拉强度可达1916.52MPa，应变为4.07%，弹性模量为50.28GPa。晶体生长取向为[014]方向时，室温抗拉强度下降为1590.81MPa，应变减少为2.53%，弹性模量增至69.63GPa。[001]方向的NiTi-Al基合金单晶试样断裂机制为解理机制与延性撕裂机制相互作用的准解理断裂。当[014]方向平行于轴向拉伸应力方向时，断裂机制主要为解理断裂。晶体生长取向偏离[001]方向5.9°时，NiTi-Al基合金单晶试样的850℃高温抗拉强度可达228.78 MPa，延伸率为31.0%； 800℃/137MPa高温持久寿命可达558.8h，850℃/80MPa高温持久寿命为89.7h~154.4h，850℃/137MPa高温持久寿命仅为15.9h。高温持久寿命受一次枝晶间距和[001]生长取向偏离度的影响。NiTi-Al基合金单晶经过800℃/558.8h的高温持久断裂后，在枝晶间弥散分布着白色点状Nb-NiTi纳米析出相，并与NiTi基体β相存在取向关系，即[110]β//[010]Nb-NiTi。