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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

  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……   
[关键词]:NiAl;金属间化合物;微观组织;力学性能;超塑性;高温 变形和断裂;点缺陷;正电子湮没
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2000年