熱處理工藝對合金微觀組織的影響范文

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1鑄態組織

圖1為Ni42Ti8Al合金的鑄態組織。可以看出，合金的晶粒尺寸為50μm左右，組織由淺灰色基體和沿晶界分布的網狀共晶組織組成。表1為鑄態Ni42Ti8Al合金的能譜分析結果。可以看出，Ni42Ti8Al合金與Ni44Ti6Al合金的成分類似，基體均為NiTi-Al相，只是溶入的Al量有差別。根據日本學者Koizumi的研究結果，NiTi合金中融入Al，會爭奪Ti位并占據，致使析出Ti2Ni相或者Ni2TiAl相。這兩種析出相都與Al含量有密切關系。研究發現當Al含量達到7%時，析出相主要為Ni2TiAl。因此，可以斷定晶界網狀共晶成分為NiTi和Ni2TiAl共晶產物，而深色析出相為Ni2TiAl[3]。圖2為Ni2TiAl相的透射電鏡觀察結果。可以看出，析出相有兩種形態分布，一種從晶體中間向外部發散分布，形態主要為橢圓形或環形，晶粒尺寸為100~200nm。另一種為交叉式分布，垂直交叉居多，有很明顯的排布規律，晶粒尺寸為50nm左右。這兩種形態均是在鑄態組織的冷卻過程中形成的。能譜與衍射分析表明，這兩種相均為Ni2TiAl，此相在富鎳區可和NiTi發生共晶反應，通常與基體半共格或共格析出。

2熱處理對合金微觀組織的影響

圖3為Ni42Ti8Al合金經1090℃固溶處理5h后的微觀組織。可以看出，經固溶處理后，合金鑄態組織中的晶界共晶成分基本消失。這個結果與Ni45Ti5Al合金的結果類似。所謂固溶處理，通過使原子熱運動，以至于使合金內的合金元素充分擴散，達到均勻分布的目的，并且合金的擴散速度隨溫度的升高而增高[4]。圖4為經不同溫度時效處理后Ni42Ti8Al合金的微觀組織。可以看出，經600℃時效處理26h后，合金晶界處的網狀共晶結構重新顯現，但相比鑄態合金明顯細化，晶粒尺寸稍有減小，分布相對彌散。這一溫度合金的過飽和度大，合金降低過飽和度通過加快析出相形核速率來實現。700℃時效處理后，組織共晶數量有所增加，且尺寸小呈彌散分布。800℃時，共晶同時長大，并且連為一體。

3力學性能

圖5為Ni42Ti8Al合金高溫壓縮屈服強度與時效溫度的關系曲線。可以看出，熱處理后合金的屈服強度有所增加，并且隨著溫度的升高，屈服強度先增加后下降，在700℃時效處理后達到最高值。高溫合金中，高溫強化相的尺寸及其分布在很大程度上影響其高溫性，通過觀察其微觀組織發現，Ni42Ti8Al合金由NiTi基體和網狀共晶組織(NiTi和Ni2TiAl)組成，NiTi與Ni2TiA共格或半共格析出。研究發現，Ni2TiAl相在750℃時的強度比TiAl和NiAl要高出3倍多，可見該方法具有沉淀強化作用[5]。固溶處理后的Ni2TiAl基本溶解，但是經600℃時效處理后共晶體又重新析出，但是此時比鑄態時的晶粒要小，析出相和合金元素分布均勻，因此比鑄態時具有更好的耐高溫性。同時受溫度所限，當時效溫度升高到700℃，合金的高溫力學性能最高。

4結論

（1）鑄態Ni42Ti8Al合金由基體和晶界網狀共晶體組成，形成沉淀強化作用，增強其高溫性能。（2）經高溫固溶處理后，Ni42Ti8Al合金中的共晶相全部溶解。經時效處理后，新晶界重新析出，并且在700℃時效處理后分布更加均勻和彌散。（3）Ni42Ti8Al合金的屈服強度隨時效處理溫度的升高而先升高后下降，在700℃時取得最高值。

作者：衛江紅 單位：德州學院 機電工程系