加热温度对定向凝固Ni45Ti5Al合金组织特征的影响

NiTi合金具有良好的室温塑性是金属间化合物中少有的，大多数相关研究目标在于提高NiTi基金属间化合物的室温和高温强度，改善合金的组织和力学性能。将Al作为合金化元素加入到近等原子比的NiTi基合金中可大幅提高NiTi合金的强度，室温压缩强度达到2300MPa，超过镍基高温合金Rene95，具有成为新型高温结构金属间化合物材料的潜力。另外，Al元素的添加促进了高温强化相的析出，可显著改善合金的室温及高温强度，但是在一定程度上牺牲了NiTi合金固有的优良室温塑性。如果从合金的凝固过程中进行相析出和相形态控制，在保证NiTi基合金优异室温塑性的基础上提高其高温强度，将使后续的加工变形更为容易。因此，本文采用液态金属冷却定向凝固工艺，在不同加热温度下制备Ni-Ti-Al高温合金试棒，研究合金定向凝固组织随加热温度的演变规律。选用纯度分别为99.76%的海绵钛、99.98%的镍块及99.99%的铝锭作为原材料，按照Ni-45Ti-5Al(at，%)合金名义成分进行配比。通过水冷铜坩埚磁悬浮真空感应熔炼浇铸成母合金锭，反复熔炼4次以保证成分均匀。从母合金锭上切取Φ14mm×230mm的试棒，车削掉表层氧化皮，用丙酮清洗、烘干后将试棒装入Φ14.5mm×24mm的Al2O3-Y2O3双层结构陶瓷管中。采用钨筒电阻加热，液态Ga-In-Sn为冷却介质的定向凝固炉内进行定向凝固试验。将炉膛抽真空到6.0×10-3Pa后再充入高纯Ar气进行保护。待炉温分别升至1450、1550和1650℃，保温20min，使合金充分熔化过热后，再以6mm/min的速率向下抽拉150mm后，采用气缸驱动将试棒块淬入Ga-In-Sn合金液。将定向凝固试棒沿纵向对剖，然后选择定向凝固生长区切割小块试样，用于观察纵、横截面的组织。Ni-45Ti-5Al合金定向凝固生长区宏观组织是明显的柱状晶，定向效果良好;微观组织呈胞状晶生长形态，由初生的B2结构NiTi基体相和Ti2Ni析出相组成，NiTi相和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，且其在基体相中的固溶量大于在析出相中的固溶量。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;在1550℃加热，Ti2Ni相析出量最大。2fg0f4c7c百家乐