题目：NiTi-Al基合金变形行为研究

NiTi二元金属间化合物作为形状记忆合金已经被广泛使用，然而近期研究发现在近等原子比的NiTi中加入Al、Nb等强化元素可显著提高合金的强度，同时由于NiTi-Al基合金具有高比强、抗氧化性优良，比重比目前航空发动机使用的镍基、铁基和钴基高温合金低 20%左右，展现出作为高温结构材料应用的巨大前景。因此研究非马氏体相变NiTi-Al基合金的变形行为对于探索NiTi-Al基合金作为高温结构材料应用的可行性具有重要的理论意义和学术价值。

本文以定向凝固技术制得的Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf(at.%)合金为实验材料，借助电子背散射衍射分析、扫描电子显微镜结合原位拉伸技术以及透射电子显微镜结合原位拉伸技术等测试手段，对该合金室温及高温拉伸过程中的微观组织演变进行了系统的研究和分析，结果发现：


定向凝固Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf合金主要由NiTi相、Ti2Ni相、β-Nb相和富Nb的NiTiAlNbHf相(富Nb相)。拉伸过程中，微裂纹首先在脆性强化相Ti2Ni相和富Nb相中产生，继续拉伸，富Nb相以及其与Ti2Ni两相组成的共生组织均萌生了新的微裂纹，在拉伸断裂前，随着应变量继续的增加，观察到富Nb相发生断裂，与基体界面发生分离。裂纹的扩展过程很短暂，在试样失效断裂后，只在断口附近的表面基体组织中观察到较为密集的滑移迹线，这是因为NiTi基体为有序体心立方结构，可动滑移系较少。对滑移迹线进一步分析表明，它们包括滑移带和孪晶，主要是（-211）<111>位错滑移和（12-1）<-111>变形孪晶。

通过室温TEM原位拉伸实验观察发现，在裂纹产生之前，试样内存在极少量的位错和孪晶，但是裂纹一旦产生，在裂纹附近可观察到大量位错塞积，并伴有少量孪晶产生；在裂纹扩展的过程中，裂纹前方位错以弓形不断从裂尖发出，无位错区的面积增大，裂尖的形态也是进行着一个由尖变钝的往复的过程。裂纹的扩展路径宏观上呈锯齿状，放大观察发现，在裂纹扩展时，由于应力集中，在裂尖前方诱发形变孪晶，裂纹沿着孪晶界扩展，裂纹边界平直，具有解理断裂的特征。


采用EPMA和TEM观察分析定向凝固Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf合金试样室温及高温拉伸断口附近组织，发现室温拉伸断口附近处未出现纳米级析出相，只有极少量的位错存在，但是高温拉伸断口处，观察到板条状富Nb相和Ti2Ni相发生了动态球化，以及大量的纳米级第二相析出，经分析纳米级析出相为β-Nb相，是一种塑性软相，同时试样内存在大量的位错，纳米级析出相对位错有一定的钉扎作用。随着拉伸温度增加至900℃，有再结晶现象发生，纳米级析出相β-Nb尺寸显著增大，Nb的固溶强化作用进一步减弱。由此可推断NiTi-Al基合金高温强度取决于纳米Nb析出相与位错交互强化作用，Nb析出后引起的固溶强化效果弱化以及高温再结晶软化几方面相互竞争的结果。