定向凝固超高强度NiTi基自生复合材料

   2020-09-01 互联网中国铸造网14830
核心提示:随着高尖端技术的发展,人们对材料的使用性能提出了越来越高的要求,出现了各种超高强度材料,如超高强度铝

随着高尖端技术的发展,人们对材料的使用性能提出了越来越高的要求,出现了各种超高强度材料,如超高强度铝合金;超高强度钛合金;超高强度钢,主要应用于制造飞机起落架、火箭发动机壳体、防弹钢板、机翼主梁、直升机旋翼轴、对接螺栓等性能有特殊要求的领域。但多数的合金钢比重较大,在追求高比强度的航空航天领域无疑是不利的。长期以来,人们将目光投向了低密度的金属间化合物,如TiAl、NiAl、FeAl等,但固有的室温脆性严重制约了它们的开发和应用。

NiTi合金能够很好克服室温脆性问题,同时具有密度低,优异的形状记忆和超弹性性能及良好的室温塑性等优点,深受材料者青睐。现有研究在NiTi基合金基础上添加少量Al、Nb和Hf强化元素,采用可以消除缩孔缩松缺陷、减少横向晶界以及控制某些晶体取向等优点的定向凝固原位自生成法制备具Ti2Ni和β-Nb双相增强体的金属基自生复合材料,考查不同的均匀化热处理时间对组织和性能的影响,为开发一种新型轻质超高强度金属间化合物结构材料提供制备工艺参考。

采用定向凝固原位自生成法制备了Ni-43Ti-4Al-2Nb-2Hf金属基自生复合材料,并进行了均匀化热处理后的室温力学性能测试,结果表明:定向凝固后合金获得沿[001]方向生长的细长的针棒状包晶组织,β-Nb相和Ti2Ni相增强体颗粒沿NiTi胞晶基体相间的[001]方向排列分布。定向凝固及其热处理态的NiTi基体相倾向于沿(200)和(100)晶面生长;随热处理时间的延长,胞晶尺寸逐渐粗化;β-Nb相增强粒子部分溶解扩散入基体相,颗粒尺寸和体积分数有所减小,Ti2Ni相粒子尺寸及体积分数逐渐增多,两增强相粒子分布更加弥散均匀。

经均匀化热处理后,室温抗拉强度最高达到1972MPa,超过了4130和8640超高强度钢,与4140和4340超高强度钢的强度基本相当;达到或超过了多种国内外现役的超高强度钛合金。分析表明,选择合适的定向凝固工艺获得细小的、定向效果良好的胞晶组织以及适当时间的均匀化热处理获得细小均匀、密集分布的增强体颗粒是提高这种金属基自生复合材料力学性能的重要因素。(欣然)


 
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