● 摘要
新型NiTi-Al金属间化合物高温结构材料，具有高熔点、低密度以及优良的力学性能等特征，是一种潜在的高温结构材料，有望应用在航空航天领域。本论文选取Ni-41Ti-7Al和Ni-42Ti-7Al合金，在固溶、时效热处理的基础上，采用电子探针、透射电镜、XRD和EDS等分析手段，研究热处理制度对合金的组织特征，析出相析出、相组成及分布形态的影响。探索最优的合金成分和相对较优的热处理工艺参数。在此基础上，优化出Ni-42Ti-7Al合金，进一步采用液态金属冷却定向凝固技术控制第二相的析出，并研究不同抽拉速率对于定向凝固合金组织的影响规律，以及热处理对于不同抽拉速率定向凝固合金显微组织、析出相析出及形态特征的影响，为完善NiTi-Al合金体系提供新的理论依据。实验结果表明：铸态Ni-42Ti-7Al和Ni-41Ti-7Al合金组织由NiTi基体相和Ti2Ni相组成。经过1200℃固溶+850℃时效之后，Ti2Ni相的体积分数和成分变化不大。而在850℃时效1h之后，合金中开始出现β´-Ni2TiAl相，其形态呈立方状并与基体保持良好共格关系。经过进一步时效，β´相会产生粗化，合金组织中开始出现与基体呈半共格关系的球状β´相，在其与基体之间的界面处出现错配位错。在相同的热处理条件下，Ni-41Ti-7Al合金中β-β´两相错配度要比Ni-42Ti-7Al 合金的大，所以Ni-41Ti-7Al合金中Ni2TiAl相的尺寸相对Ni-42Ti-7Al合金较大，失去与基体共格关系的时间也较短。850℃时效制度下Ni-41Ti-7Al合金的Ni2TiAl相粗化进程较快，热稳定性相对较低。定向凝固态Ni-42Ti-7Al合金的相组成与铸态相比没有变化，由初生的NiTi基体相和Ti2Ni相组成，但定向凝固合金的微观组织形貌发生了择优取向，并呈现胞晶态。随着抽拉速率的增加，定向凝固组织胞晶间距和Ti2Ni相尺寸逐渐减小，Ti2Ni相体积分数逐渐增加但均低于铸态中的含量。定向凝固态合金经过热处理后，合金组织由NiTi基体相、Ti2Ni相和Ni2TiAl相组成。Ti2Ni相体积分数经热处理后进一步降低，而Ni2TiAl相在热处理过程中，其体积分数的变化与抽拉速率相关，定向凝固抽拉速率高，Ni2TiAl相析出量大。抽拉速率为1mm/min的定向凝固合金中Ni2TiAl相由共格向非共格转变的临界时间较长。