热处理工艺对合金微观组织的影响范文

1铸态组织

图1为Ni42Ti8Al合金的铸态组织。可以看出，合金的晶粒尺寸为50μm左右，组织由浅灰色基体和沿晶界分布的网状共晶组织组成。表1为铸态Ni42Ti8Al合金的能谱分析结果。可以看出，Ni42Ti8Al合金与Ni44Ti6Al合金的成分类似，基体均为NiTi-Al相，只是溶入的Al量有差别。根据日本学者Koizumi的研究结果，NiTi合金中融入Al，会争夺Ti位并占据，致使析出Ti2Ni相或者Ni2TiAl相。这两种析出相都与Al含量有密切关系。研究发现当Al含量达到7%时，析出相主要为Ni2TiAl。因此，可以断定晶界网状共晶成分为NiTi和Ni2TiAl共晶产物，而深色析出相为Ni2TiAl[3]。图2为Ni2TiAl相的透射电镜观察结果。可以看出，析出相有两种形态分布，一种从晶体中间向外部发散分布，形态主要为椭圆形或环形，晶粒尺寸为100~200nm。另一种为交叉式分布，垂直交叉居多，有很明显的排布规律，晶粒尺寸为50nm左右。这两种形态均是在铸态组织的冷却过程中形成的。能谱与衍射分析表明，这两种相均为Ni2TiAl，此相在富镍区可和NiTi发生共晶反应，通常与基体半共格或共格析出。

2热处理对合金微观组织的影响

图3为Ni42Ti8Al合金经1090℃固溶处理5h后的微观组织。可以看出，经固溶处理后，合金铸态组织中的晶界共晶成分基本消失。这个结果与Ni45Ti5Al合金的结果类似。所谓固溶处理，通过使原子热运动，以至于使合金内的合金元素充分扩散，达到均匀分布的目的，并且合金的扩散速度随温度的升高而增高[4]。图4为经不同温度时效处理后Ni42Ti8Al合金的微观组织。可以看出，经600℃时效处理26h后，合金晶界处的网状共晶结构重新显现，但相比铸态合金明显细化，晶粒尺寸稍有减小，分布相对弥散。这一温度合金的过饱和度大，合金降低过饱和度通过加快析出相形核速率来实现。700℃时效处理后，组织共晶数量有所增加，且尺寸小呈弥散分布。800℃时，共晶同时长大，并且连为一体。

3力学性能

图5为Ni42Ti8Al合金高温压缩屈服强度与时效温度的关系曲线。可以看出，热处理后合金的屈服强度有所增加，并且随着温度的升高，屈服强度先增加后下降，在700℃时效处理后达到最高值。高温合金中，高温强化相的尺寸及其分布在很大程度上影响其高温性，通过观察其微观组织发现，Ni42Ti8Al合金由NiTi基体和网状共晶组织(NiTi和Ni2TiAl)组成，NiTi与Ni2TiA共格或半共格析出。研究发现，Ni2TiAl相在750℃时的强度比TiAl和NiAl要高出3倍多，可见该方法具有沉淀强化作用[5]。固溶处理后的Ni2TiAl基本溶解，但是经600℃时效处理后共晶体又重新析出，但是此时比铸态时的晶粒要小，析出相和合金元素分布均匀，因此比铸态时具有更好的耐高温性。同时受温度所限，当时效温度升高到700℃，合金的高温力学性能最高。

4结论

（1）铸态Ni42Ti8Al合金由基体和晶界网状共晶体组成，形成沉淀强化作用，增强其高温性能。（2）经高温固溶处理后，Ni42Ti8Al合金中的共晶相全部溶解。经时效处理后，新晶界重新析出，并且在700℃时效处理后分布更加均匀和弥散。（3）Ni42Ti8Al合金的屈服强度随时效处理温度的升高而先升高后下降，在700℃时取得最高值。

作者：卫江红 单位：德州学院 机电工程系