● 摘要
近年来， NiTi合金中加入Al元素后呈现高强度、低密度等特性，使其作为一种潜在轻质高比强高温结构材料，引起广泛关注。本文利用铜模吸铸快速凝固技术及定向凝固技术两种特种铸造方法来优化NiTi-Al基合金微观组织结构，使其有望成为在800-1000℃温度下使用的高温结构材料。论文得到了如下主要结果：
1. 采用铜模吸铸法研究了Ni-(50-x)Ti-xAl合金的凝固方式和微观组织演变。发现铜模吸铸快速凝固技术显著细化NiTi-Al中Ti2Ni及Ni2TiAl强化析出相尺寸，抑制Ni2TiAl强化相长大。随着铝含量升高，合金凝固方式发生改变：当铝含量低于7at.%时，Ni-(50-x)Ti-xAl合金为逐层凝固方式，当铝含量超过11at.%时，Ni-(50-x)Ti-xAl合金为体积凝固方式，而当铝含量为9at.%左右时，Ni-(50-x)Ti-xAl合金倾向于中间凝固方式。且与传统凝固相比，快速凝固NiTi-Al合金的压缩强度与塑性得到显著提高，尤其当Al含量达到12%时，合金的压缩断裂强度能够达到2463.7MPa。
2.采用定向凝固工艺研究了晶体取向对NiTi-Al合金力学性能的影响规律，发现改善NiTi-Al基合金塑性的一种有效方法是使控制其晶体取向，使其形变过程中产生孪晶形变。研究结果表明 [1 0 2] 取向的定向凝固NiTi-Al基合金比[0 0 1]取向的合金具有更好的室温塑性，其原因是[1 0 2] 取向的定向凝固NiTi-Al基合金更容易在裂纹尖端诱发形变孪晶产生，钝化裂纹尖端，使裂纹尖端释放应力，从而提高其室温拉伸塑性。与未发生塑性屈服变形试样相比，发生塑性屈服变形的NiTi-Al基合金断口形貌发现存在细小韧窝。定向凝固NiTi-Al基合金断裂韧性可达40 MPa.m1/2，拉伸强度近1500MPa。