Ni_3Al基合金的研究与应用进展

近20多年来,Ni3Al基合金作为结构材料的应用成为材料学界的研究热点,取得了一些重大进展,主要包括:①硼对Ni3Al常温和高温韧性的显著效应;②在中温区铬对Ni3Al的韧化作用;③环境脆化的证实。合金元素的添加使得Ni3Al基合金的种类和应用场合各不相同。着重论述了近年来Ni3Al基合金在制备工艺、添加合金元素的作用、组织性能研究中所取得的进展,并介绍了近年来Ni3Al基合金及其复合材料在工程上的应用。

Al含量对Ni-Al-C合金凝固组织和性能的影响

研究了Al含量对Ni-Al-C系自润滑材料凝固组织的影响，测试了合金的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明：当Al含量为4．25％时，凝固组织中的石墨含量较高，且以共晶石墨形态为主，基体为单相γ-Ni（Al）；随着Al含量的增加，凝固组织中的石墨含量有所降低，共晶石墨减少，初生相中石墨占多数并有球化的趋势；当Al含量为6.85％时，合金基体由γ-Ni（Al）固溶体和少量（γ＋γ＇）共晶组织组成；当Al含量为8．13％-9．94％时，凝固组织由γ＇-Ni3Al相、（γ＋γ＇）共晶相和石墨组成，γ-Ni（AI）固溶体消失；当Al含量为12．74％时，合金基体转变为单相γ-Ni3Al，其网状晶界由高硬度的Ni3AlC0．5相生成。Al含量较低的合金具有较好的韧性，提高Al含量有利于提高材料的强度和耐磨性。Al含量为8．13％的合金基体组织主要由（γ＋γ＇）共晶组成，晶粒尺寸显著细化，其综合力学性能显著提高，摩擦因数小，磨损率低。

Ni-石墨固体自润滑材料的塑性变形

用熔炼法制备出具有较好塑性的Ni-石墨固体自润滑材料,研究了球状石墨与片状石墨的变形组织与性能。结果表明:Ni-石墨合金在室温三点弯曲实验中可压成近V字型而不发生脆性断裂;经球化处理的铸态试样的延伸率为15.7%,抗拉强度bσ为259.5 MPa。在850℃进行锻打变形时,压缩变形量达到75.8%,可以加工成薄板材料;变形后垂直于压缩方向的石墨呈高密度纤维状分布,试样经变形后沿纤维方向的抗拉强度提高,但韧性降低。片状石墨在挤压变形过程中,通过沿应力取向发生转动,在弱结合面发生解理碎裂,并通过解理面的相对滑动以及石墨片的彼此桥接形成长纤维状组织;球状石墨在压扁的过程中,沿子晶间的晶界发生破裂并逐渐被拉长。

Si含量对Fe-20Ni-3.5C自润滑材料组织与性能的影响

采用熔炼法制备不同Si含量的Fe-20Ni-3.5C固体自润滑合金,研究了Si含量对Fe-20Ni-3.5C合金机械性能和摩擦磨损性能的影响.研究表明,随着硅含量的增加,固溶于奥氏体基体中的碳含量逐渐降低,结晶中的片状石墨逐渐短粗化和球化.当硅含量为2.5%时,合金的硬度与抗拉强度最高而相对应的冲击韧性则较低.材料的干摩擦因数和磨损率随着合金硬度的提高而降低,其中Fe-20Ni-3.5C-2.5Si合金硬度高,摩擦因数最低,干摩擦因数保持在0.23,其磨损形式为疲劳磨损.