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NiAl系金属间化合物合金的超塑性和高温变形及其机理

周文龙  
【摘要】: 本文就Ni-28.5at%Al-20.4at%Fe、Ni-20at%Al-30at%Fe和 NiAl/CrMo-Hf合金的微观组织、起塑性和高温变形行为及其塑变机理等 进行了深入的研究。采用铸造、高温热挤压及多级热处理等工艺方法制备 了研究材料,借助于X射线衍射、电子探针、扫描电子显微镜及透射电子 显微镜等分析测试手段,研究了材料的微观组织结构和高温塑性变形的机 理,较系统地研究了组织结构、力学性能及高温变形之间的相关性规律。 特别是发现了NiAl系合金中具有超塑性的两种合金,并在国际上作了首 次报道。还运用正电子湮灭技术研究了合金的点缺陷的情况。 采用铸造+热挤压工艺获得Ni-28.5at%Al-20.4at%Fe合金的棒材。通 过热挤压显微组织中块状的γ-Ni固溶体相转变成细棒状,并沿挤压轴的 方向平行排列,其分布形式呈区域性的不均匀型。经过热处理后,得到β -NiAl相等轴晶粒和γ-Ni固溶体细棒状晶粒的复相组织。β-NiAl相晶 粒尺寸为30-50μm。合金中没有γ’相析出。挤压后的合金在1123K到 1323K温度、应变速率1.04×10~(-4)s~(-1)到1.04×10~(-2)s~(-1)条件下,表现为超塑 性。最大伸长率为233%,出现在1123K,5.2×10~(-4)S~(-1)时。经过超塑性变形 后,合金中的γ相棒碎化成小块状,并随β相晶粒发生转动和移动,呈现 无序排列。β相晶粒发生动态回复和再结晶,晶粒尺寸变小。合金的超塑 性变形机制为β相晶界和γ-β相界的相对滑动和转动,并伴随着晶内位 错滑移和动态再结晶的协调过程。超塑性变形断口呈韧性断裂特征,在变 形和断裂区没有发现空洞,而断口处存在微小的孔洞,表明晶内位错滑移 和动态再结晶过程有效推迟了空洞的形核和长大过程。 Ni-20at%Al-30at%Fe合金经过热挤压后,铸态的块状先共晶相破 碎,形成沿挤压轴方向的条带组织。在850℃退火,挤压后组织的再结晶 过程不能充分进行,而在高于950℃退火,再结晶晶粒易于长大。经过900 ℃、20小时退火处理,不仅使热挤压组织的再结晶充分完成,并且再结 晶晶粒没有发生长大。β相和γ-γ’相均已经转变成细等轴晶粒。研究发 摘 要 一 现Ni-20at%AI-30at%Fe#kAjX度1173KflJ 1253K、应变速率 1.67xl0“ S-‘到 3.34XI0-‘S-’时显示出超塑性,最大伸长率达到 460%以上,断裂 伸长率与应变速率敏感指数m之间具有较好的对应关系。经过超塑性变形 后,0相和Y-Y’相的相界及晶界呈现明显的弯曲和圆弧化现象,原来的 方向性排布已不能分辨。在p相中发现许多细小的再结晶晶粒。超塑性变“ 形机制为p相、v-Y’相相界及晶界的相对滑动和转动,并伴随晶内位错 运动和p相动态再结晶的协调过程。晶内位铐运动和动态再结晶过程对于 提供塑性应变和推迟空洞的形核长大起重要作用。在超塑性断裂区和变形 区发现大量的空洞和微裂纹,它们几乎是伴生形核长大的。空洞与微裂纹 之间发生立体网络式的交互作用,促使应变控制机制的空洞长大过程,形 成较大的空洞和空洞串。合金超塑性断口呈韧性断裂特征,在变形过程中 有空洞产生,空洞沿相界聚合长大,并且在空洞内部沿相界有二次微裂纹 产生,与裂纹区的观察结果相符合。 研究了们取代M* l-28Cr-6Mo合金中白勺帅元素,对合金e4组织及 力学性亩影响,发现不同的Hf含量决定了铸造合金能否存在Heusler相. 铸造NIAI-28Cr-5.SMo-0.ZHf合金是由NIAI相、Cr(Mo)相和聚集在NIAI 及0 r(M)相界上 Hf的固溶体相组成.通过不同的热处理发现:在 1000”C 以下和1000OC以上热处理(空冷),Ilf的固溶体以不同形式存在于合金 中。前者形成Heusler相(Ni。AIHf),而后者仍为盯的固溶体相。形成 Heusler相中的Cr含量小于6at%;Hf的固溶体中Cr含量大于6atK.经 125000200MPa八.sh热等静压处理后,合金并未发生相的转变.铸造 NIAI-28Cr-SMo-IHf合金是由 NIAI 相、Cr(Mo)相和聚集在NIAI ACr仰。)” 相界上的 Ni;AIHf相组成。1300叮以下处理对 Ni;AIHf相影响不大;经过 1250”C/200MPa/4.sh HIP处理后,合金是由 NIAI相、Cr(Mo)相和盯的 固溶体相组成,并且在NIAI中存在着大量弥散分布的Heusler相。铸造· NIAI-28Cr-5.SMo-0.ZHf、NIAI-28Cr-SMo-lllf合金的压缩强度随着温 度的升高而降低,Hf含量越多,强度越高。1liP处理后,合金的强度提高 很大.高温变形行为的研究表明,不同的 11f含量对合金的流变行为有明 显影响,Hf含量越多,应变软化现象越明显。运用线性回归方法计算了 11 博士学位论文:Ntal系金属间化合物台金的超塑性和高温变形及机理 力指数n和激活能Q,发现随Hf合量的增多,n和Q均有不同程度的降 f氏. 运用正电子湮灭技术研究T NIAI和 NIAI-Fe合金的微观结构.来用 PATFIT程序解析正电子寿命谱.引入正电子湮灭的双区雌型.将测量 试样的微


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