● 摘要
摘 要NiTiAl合金是一种新型高比强高温金属间化合物结构材料。利用XRD、SEM、TEM和MTS等测试方法就Zr对NiTiAl合金的微观组织和力学性能的影响进行了研究。本文以Ni50Ti46Al4合金为基础进行了以下探索，一、对Zr取代Ni50Ti46Al4中的Ti形成Ni50Ti46-xAl4Zrx (x=0,1,2,4,6,8)合金体系进行探索，着重研究了优选后Ni50Ti42Al4Zr4合金的力学性能；二、热处理对Ni50Ti42Al4Zr4合金微观组织及力学性能的影响；三、对Zr取代Ni50Ti46Al4中的Ni形成Ni50Ti46-xAl4Zrx (x=0,1,2,4,6,8)合金体系进行探索。研究发现，Zr能促进NiTiAl合金第二相弥散分布，且随Zr含量增加，黑色(Ti,Al)2Ni相数量增多。随Zr含量继续增多，黑色(Ti,Al)2Ni相减少，白色(Ti,Zr,Al)2Ni相增多并长大，两者为共晶关系。合金基体中存在微小的第二相。形貌为片层状，厚度约为100nm。该相与基体不共格。研究结果表明，Zr能显著提高合金室温和高温压缩强度。黑色(Ti,Al)2Ni和白色(Ti,Zr,Al)2Ni的显微硬度高于基体72%以上，有明显强化作用，同时也导致合金塑性降低。室温下，Ni50Ti46-xAl4Zrx合金系和Ni50-xTi46Al4Zrx合金系的压缩强度均随Zr含量增加而增加，塑性随之下降。高温下，Ni50Ti46-xAl4Zrx合金随Zr含量增加先上升，在Ni50Ti42Al4Zr4合金处达到峰值，然后强度下降；Ni50-xTi46Al4Zrx合金的压缩强度先随Zr含量增加上升，在Ni48Ti46Al4Zr2合金处达到峰值，然后Ni46Ti46Al4Zr4合金强度有所下降，Ni44Ti46Al4Zr6和Ni42Ti46Al4Zr8合金强度又有所上升。研究中发现Zr能显著提高Ni50Ti42Al4Zr4合金的室温和高温拉伸强度。Ni50Ti42Al4Zr4合金室温下的拉伸强度为990MPa，高于Ni50Ti46Al4合金的750MPa。 Ni50Ti42Al4Zr4合金600℃下的拉伸强度可达730MPa， 相当于Ni50Ti46Al4合金的室温拉伸强度。Ni50Ti42Al4Zr4合金600℃下的拉伸强度要优于Ti48Al和IMI834合金。Ni50Ti42Al4Zr4合金的韧脆转变温度介于600℃和650℃之间。合金在600℃以下为脆性断裂，在650℃以上为韧性断裂。时效处理对Ni50Ti42Al4Zr4合金的微观组织有明显影响。合金经过时效处理，从基体中析出细小且弥散的第二相——黑色(Ti,Al)2Ni和白色(Ti,Zr,Al)2Ni。随时效时间的增加，白相数量不断增多。时效处理对Ni50Ti42Al4Zr4合金高温压缩强度有明显影响。固溶处理后时效0h的Ni50Ti42Al4Zr4合金强度远低于铸态合金；时效24h后合金在600℃下的压缩强度显著降低。关键词 Zr，NiTiAl，金属间化合物，微观组织，力学性能