快速凝固Ni-Ge合金的组织演化与力学性能研究

作     者：燕鹏旭 王伟丽 闫娜 沙莎 魏炳波 YAN PengXu;WANG WeiLi;YAN Na;SHA Sha;WEI BingBo

作者机构：西北工业大学物理科学与技术学院西安710072 

出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2020年第50卷第8期

页      面：1042-1054页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:51327901 51571163 51871186和51931005)资助项目 

主　　题：快速凝固 枝晶生长 共晶生长 塑性变形 屈服强度 

摘      要：采用铜型喷铸和自由落体两种方法实现了Ni95Ge5单相合金和Ni33Ge67共晶合金的快速凝固,对其组织演化规律、硬化机理和多尺度力学性能进行了系统研究.实验发现,随着合金熔体冷却速率的提升,Ni95Ge5单相合金的微观组织由粗大枝晶转变为等轴晶,Ni33Ge67共晶合金则由规则共晶逐渐细化并转为含少量初生Ge相的过共晶组织.两种合金均发生显著硬化,其中单相合金为晶界主导的硬化行为,共晶合金则为多相协同硬化.纳米力学分析表明,共晶合金的表面应力较大,卸载时出现更高的弹性回复,而单相合金更易发生塑性变形,其独特的组织形态与较小的应变硬化指数会显著增强合金硬化能力,冷速提升引起的硬度增幅高达56.6%,远高于共晶合金的6.3%.另一方面,两者呈现不同的硬度与强度关系,单相合金显微硬度与屈服强度的平均比值为2.75,共晶合金则为9.09,由此可知,高冷速引起的组织演变同样会提升合金材料的屈服强度.由于落管中微小液滴的冷速更高,快速凝固后其硬度与强度均显著优于喷铸合金.