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相增韧NiAl基合金的微观结构膨胀螺丝注射模具异型螺母手柄冷水机Frc

发布时间:2023-11-30 02:36:40 阅读: 来源:道钉厂家
相增韧NiAl基合金的微观结构膨胀螺丝注射模具异型螺母手柄冷水机Frc

γ′相增韧NiAl基合金的微观结构

金属间化合物NiAl因具有熔点高、密度低、导热性及抗氧化性能好等优点, 而被认为是下一代先进航空发动机叶片的候选材料[1]。但NiAl基合金应用的最大障碍是它的室温塑性低,因而人们在提高NiAl基合金塑性方面做了许多工作,迄今为止,最为成功的塑化NiAl基合金的方法是对NiAl进行宏观合金化,使之析出塑性第二相,尤其以Ni-Al-Fe系合金研究得最多。铸造加二次挤压Ni-20Al-30Fe合金的拉伸塑性可以达到22% [2]。但因这类合金高温强度低及抗氧化性能差的问题难以得到克服,因而对其研究的兴趣开始下降。作者前期工作显示[3,4],Ni-31Al合金的室温断裂韧性(KIC)值 20MPam,比化学计量比的单相NiAl合金提高三倍左右。而且该合金在室温具有1.8%的拉伸塑性,同时也具有一定的室温和高温强度。为了深入了解Ni-31Al合金的微观结构,本工作采用透射电镜(TEM)等分析技术来考察它的微观结构及相变特点。

1 试验方法

采用螺旋选晶法在真空感应定向炉内拉制Ni-31Al (原子比,下同)合金试棒,铸模抽拉速度为4mm/min。铸态试棒在空气中进行了1280℃/6h均匀化热处理,并分别采用空冷,油淬和炉冷三种冷却方式进行冷却。TEM样品制备过程如下:首先将样品切割机上切成 0.2mm厚的薄片,再经机械减薄至 50 m厚,然后在双喷电解减薄器上进行双喷减薄,电解液为10%高氯酸的甲醇溶液,温度为-40~-30℃,电压为12V,使样品最终成薄膜电镜样品。制成的电镜样品在透射电镜H-800和JEM2010上进行形貌观察、电子衍射分析。

2 试验结果

2.1 合金的组织结构

下表列出了Ni-31Al合金的实际化学成分数据。换算成原子比后,合金实际成分为Ni-30.8Al。合金中杂质含量较少。

表 NiAl基合金的实际化学成分(wt%)

Table Composition of NiAl-based alloy

图1为铸态Ni-3脸盆龙头1Al合金的金相组织照片。佳木斯可见,合金为一种自生复合材料,基体由NiAl单晶相(深色相)组营口成,第二相由 - Ni3Al相(浅色相)组成,大多数 相为 编织状 的纤维形态,而且纵向和横向组织无太大差别。X射线衍射结果表明,合金中主要以 和 两相为主,其中 相取向均为〈100〉方向,而 相以〈100〉和〈110〉取向为主。另外, 相体积分数高达70%左右。

图1 Ni-31Al单晶合金金相组织(横向)铸态 50

Fig.1 Optical microstructure of the SC Ni-31Al alloy as-cast 50

经过1280℃/6h均匀化热处理后,再以不同冷却方式进行冷却,发现在Ni-31Al合金中, 相基本组态无太大变化,但却有不同程度的聚集及体积分数变化。炉冷对 体积分数无太大影响(仍为70%左右),而空冷和油淬分别使 相体积分数下降到50%和40%左右。X射线衍射发现,在空冷和油淬样品中, -NiAl相已很少,大部分转变为NiAl马氏体(M-NiAl)相,而且M相的取向主要是〈110〉方向,也有少量〈001〉取向的衍射峰,而 相取向与铸态时大致相同。另外,炉冷样品中仍然主要为 和 两相,而且两相取向也与铸态相同。结合扫描电镜观察结果发现,空冷和油淬样品基体上含有细条状结构(尤其油淬样品更明显),这是典型的NiAl马氏体板条形状。

2.2 合金相结构

Ni-31Al合金在铸态时,在透射电镜视场内只发现了 和 两相, 其中 和 相分别以[001]和[011]取向为主(取向偏离度在15 以内)。 通过倾转试样, 可发现 -NiAl相与 -Ni3Al相存在着确定的取向关系, 即:

但它们往往存在着一定的取向差。

另外, / 相界面平直、光滑、无中间相, 见图2, 而且在界面附近 相内存在着大量的位错, 而在 相内部却很少见到位错。利用g*b=0方法对这种合金的位错柏氏矢量测定后发现, 相基本上均为〈110〉型位错,这与以前对Ni3Al的位错观察结果相一致。

图2 Ni-31Al单晶合金 / 相界面附近TEM形貌象 50000

Fig.2 TEM image of the SC Ni-31Al alloy near the / interface 50000

Ni-31Al合金经过1280℃/6h均匀化热处理后,在炉冷样品中, 因冷却方式与铸态相差不大, 因而两种合金的相结构及位错分布也无太大差别。

在空冷样品中, Ni-31Al合金的 -NiAl相已大部分转变为M-NiAl相, 形成图3(a)所示的板资料的磨擦系数是小于1的条状马氏体。在马氏体板条内部未发现有微孪晶存在。通过倾转试样可得到下述电子衍射图谱, 见图4。合金中 相与铸态相比无明显变化, 但此时 相内部位错很少。

在油淬的Ni-31Al样品中, 原 相转变成 +M相, 而且相变后的M-NiAl条状相大部分为 矛(Spear) 形, 与文献[5,6]报道的通常NiAl马氏体的一种形状相类似。在马氏体条状相内部存在着等间距的细条状亚结构, 见图3(b)。图5给出了这种马氏体的电子衍射图谱, 可见在有些基体衍射斑点附近存在着卫星斑点, 这是典型的孪晶NiAl马氏体沿[110]晶带轴观察到的衍射花样[6], 而且这一孪晶以{111}晶面作为孪晶面。另外, 在孪晶主衍射斑点上存在着沿〈111〉方向上的附加条纹, 这是由于上述高分子复材发展趋势:产业化nbsp;新型化nbsp;功能化大量微孪晶亚结构与电子束产生的动力学交互作用的结果。

另外, 在油淬的合金中, 相结构无太大变化, 但 内很少见到位错。只在M/ 相界面偶尔发现有位错存在。

图3 1280℃/6h热处理后在Ni-31Al中产生的NiAl马氏体相TEM形貌象 60000

(a) 空冷;(b) 油淬

Fig.3 TEM image of the NiAl martensite in the Ni-31Al alloy after heat treatment at 1280℃/6h 60000

(a) A.C.; (b) O.Q.

图4 1280℃对不同的使用目的/6h空冷后在Ni-31Al中产生的NiAl

马氏体相电子衍射花样(a)及其标定图(b),

晶带轴方向为M[110]

Fig.4 Electron diffraction pattern (a) and

indexed pattern (b) of the NiAl martensite

in the Ni-31Al alloy , after heat treatment

at 1280℃/6h, A.C., along the zone axis M[110]

3 讨论

由Ni-Al二元相图[7吹膜机]可以看出, Ni-31at%Al合金成分正好位于包晶线的左端点,因而这一合金与Ni-30at%Al有所不同,它不发生包晶转变。它首先发生匀晶转变,即L ,到达包晶线温度(1395℃)时,这一转变已全部完成,即液相全部转变成了单相 。低于这一温度后,将从 相中析出 相,而且随着温度的进一步降低, 相体积分数不断增加,到达室温后 相将占70%左右,与实验测得的结果(见图1)基本吻合。由于在定向凝固过程中 相是从液相中形核并长大的,因而通过螺旋选晶法可获得[001]取向。但 相因为是在 相冷却过程中从中析出来的,因而是附在 相上生长的, 其生长方向并非完全[001]取向,还有很大一部分为[011]及其它取向的存在形式。

图5 1280℃/6h油淬后在Ni-31Al中产生的NiAl

马氏体相电子衍射花样(a)及其标定图(b),

晶带轴方向为M[110]

Fig.5 Electron diffraction pattern (a) and

indexed pattern (b) of the NiAl martensite

in the Ni-31Al alloy , after heat treatment

at 1280℃/6h, O.Q., along the zone axis M[110]

1280℃/6h热处理,不能使Ni-31Al中的 相完全消失,只能使其聚集,并使 体积分数减少(见图1),这与Ni-Al相图上看到的结果一致。油淬基本上可以保持这一热处理后的 相体积分数,但在空冷过程中少部分 相又长大,因而 相体积分数略有增加。而炉冷由于冷却速度接近铸态,因而 相体积分数增加到与铸态类似。1280℃/6h热处理后再经过空冷和油淬处理 相已大部分转变为NiAl马氏体相(M),这主要是因为在这里铸态 相的成分为Ni-35.4at%Al,室温以上在较快冷却方式下即可发生马氏体转变,因而大部分 相转变成了M相。

4 结论

(1)Ni-31Al单晶合金是一种 编织状 纤维增强的NiAl基内生复合材料。铸态时存在着确定的取向关系,但这种取向关系通常存在着一定的取向差。

(2)经1280℃/6h热处理后发现, 炉冷后合金组织结构与铸态类似。而空冷或油淬后Ni-31Al的 相大部分转变成了NiAl马氏体相,同时随着冷却速度的提高 相总体积分数下降。

(3)1280℃/6h空冷热处理在合金中的马氏体板条内部不产生微孪晶;而油淬却在马氏体板条内部产生等间距的微孪晶亚结构,不论马氏体晶带轴取向如何,这些孪晶马氏体均以{111}晶面作为孪晶面,而且在孪晶主衍射斑点沿〈111〉方向上产生附加条纹。

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