第21卷第11期 中国有色金属学报 2011年11月
Vol.21No.11 TheChineseJournalofNonferrousMetals Nov.2011
文章编号：10040609(2011)11276306
抽拉速率对定向凝固Ni45Ti5Al合金微观组织的影响
杨春雷, 郑立静, 李 岩, 周 磊, 张 虎
(北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191)
摘 要：采用 Bridgman 型液态金属冷却定向凝固方法，研究 Ni45Ti5Al(摩尔分数，%)合金在不同抽拉速率(20、
100 和 200 μm/s)下定向凝固后的相组成及其形态特征。 结果表明：Ni45Ti5Al 合金定向凝固生长区呈现明显的柱
状晶生长形态，定向效果良好，NiTi基体以[100]方向为择优取向，Ti
2
Ni析出相沿[111]晶向择优生长。随着抽拉
速率的提高，Ti
2
Ni 相更加细小、分散，由在胞晶界上几乎连续分布改变为断续分布。在 20~200 μm/s 的宽生长速
率范围内，均以胞状晶形态生长，固/液界面形态没有发生显著变化；随着抽拉速率从 20 μm/s 增加到 200 μm/s，
定向胞晶组织明显细化，平均胞晶间距由 85 μm 减小到 25 μm。
关键词：Ni45Ti5Al 合金；定向凝固；微观组织；固/液界面
中图分类号：TG146.2 文献标志码：A
Effectofwithdrawalrateonmicrostructureof
directionallysolidifiedNi45Ti5Alalloys
YANGChunlei,ZHENGLijing,LIYan,ZHOULei,ZHANGHu
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Beijing100191,China)
Abstract: The phase compositions and shapes of directionally solidified (DS) Ni45Ti5Al (mole fraction, %) alloys
wereinvestigatedintheBridgmanliquidmetalcoolingdirectionalsolidificationprocessatwithdrawalratesof20,100
and200μm/s.Theresultsshowthatthecolumnargrain growthisobservedintheDSspecimens.Thepreferredcrystal
orientationofNiTimatrix is[100]directionand thatof Ti
2
Niphaseprecipitatedonthematrix is[111]direction.With the
increaseofwithdrawalrate, theTi
2
Niphasebecomes fineranddistributesfrom continuouslytodiscontinuously inthe
intercellular region. When the withdrawal rate varies from 20 μm/s to 200 μm/s, all the solid/liquid interface
morphologiesarecellular, theDSmicrostructureisrefinedobviouslyandthecellularspacingdecreasesfrom85μmto
25μm.
Key words:Ni45Ti5Alalloy;directionalsolidification;microstructure;solid/liquidinterface
NiTi 金属间化合物材料具有优良的力学性能、良
好的形状记忆效应以及生物相容性，在航空航天和医
疗等领域得到了广泛应用
[1]
。 近年来，KOIZUMI 等
[2−3]
发现， 将 Al 作为合金化元素加入到近等摩尔比的 NiTi
基合金中可以大幅提高 NiTi 合金的强度， 其室温压缩
强度达到 2 300 MPa，超过镍基高温合金 Rene95 的室
温压缩强度，1 000 ℃的压缩屈服强度达到 200 MPa，
而合金的密度基本保持在 6.0 g/cm
3
左右，比镍基高温
合金低 25%左右，有望成为一类新型轻质高温结构金
属 间化合 物材料 。 孟令 杰等
[ 4 − 7 ]
对不 同摩尔 比的
NiTiAl 基合金的合金化、 组织结构及力学性能等进行
了广泛的研究， 发现 Al 元素的添加能促进高温强化相
的析出，显著改善合金的室温及高温强度，但同时也
损害 NiTi 合金优良的室温塑性。初步的研究结果表
明，典型的NiTiAl合金在800~900 ℃具有良好的高
温持久性能和高温抗氧化性能，室温断裂韧性大于
收稿日期：20101009；修订日期：20110325
通信作者：张 虎，教授，博士；电话：01082316958；Email:zhanghu@buaa.edu.cn
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