大学生创新性实验计划项目阶 段 汇 报

实验材料• Al-Ni-Y 三元合金的熔炼• 选用纯度为 99.7wt% 的铝锭， 99.99wt%

的镍和钇作为原料，将原料表面氧化物和污垢除清，将原子百分比为 96.5 at%Al 、2.6 at% Ni 、 0.9 at%Y 换算成质量百分比91.8 wt%Al 、 5.4 wt% Ni 、 2.8 wt%Y 后，进行配料

• 定向凝固过程• 将熔炼好的 Al-Ni-Y 合金试样棒打磨，去除表面氧化

皮，再用无水乙醇清洗好后，装入定向凝固设备的20mm200mm 石墨坩锅内。将石墨坩锅伸入到加热体中，关好炉门，开启循环水，启动空气压缩机，利用机械泵抽真空。当显示真空度低于 6.62E2 时( 即真空度为 6.62102 Pa) ，启动罗茨泵。待真空度为 1 Pa 时，充入氩气，开始逐渐加热至 800C ，使母合金试样棒重新熔化，并保温一段时间，使试样成分尽可能均匀。然后，重新设置加热体各段加热温度，在加热体内形成实验所需的温度梯度。值得注意的是，最底段加热体温度不宜过低，否则将妨碍凝固的进行。待各段加热温度稳定后，按预设速率启动下拉电机，开始定向凝固。在下拉过程中要注意各段加热体温度的控制，为确保温度梯度不变，要随时调节各段加热体的功率。下拉结束后，停止加热和下拉。待石墨加热体温度降至 100C 以下时，关闭机械泵和其它电源，停循环水，取出试样。

• 由于需要考察不同工艺条件下对定向凝固组织的影响，根据前期探索的结果和定向凝固设备本身的承受能力，本实验选用的拉伸速率分别为 10 mm/min 和 15 mm/min ，温度梯度为 5 K/mm 。

不同变形条件下的峰值应力如表

温度 /℃ 350 ℃ 400 ℃ 450 ℃

峰值应力/MPa

1 s-1 119.59 100.35 89.95

0.1 s-1 102.67 72.36 55.35

0.01 s-1 78.39 53.68 41.24

0.001 s-1 63.12 45.95 34.32

• 图为 定向凝固试样热变形峰值应力与应变速率的变化关系曲线• Fig.4-7 Relationship between hot deformation peak stress and strain rate• of directionally solidificated sample

ln

• 应变速率对流变应力的影响：流变应力随应变速率的增加而增加，应变速率的增加提高了金属的形变存储能，塑性变形不能在变形体内充分完成，故流变应力增加比较大。并且从弹性变形对流变应力的影响来看，弹性变形仅仅是原子离开其平衡位置，变形时增大或减少其原子间距，扩展的速率很大，因此变形更多地表现为弹性变形，这样将使材料的加工硬化效果更明显，因而使材料的流变应力增大

组织观察• 分别是是 350C 、 400C 、 450C 时，应

变速率为 0.001s-1 、 0.01s-1 、 0.1s-1 、1s-1 下定向凝固试样的显微组织

从图中可以明显看到 :白色的初生相 α-Al沿横向排列且已不再有定向凝固特征。值得注意的是，图中纵方是定向凝固的方向，压缩也是沿这一方向进行的。也就是说，初生相的排列已经与定向凝固时的方向完全垂直， Al3Ni相和 Al23Ni6Y4相也被挤压变形。这是因为定向凝固试样经高温压缩后，原来按同一方向纵向排列的柱状晶被压碎，造成组织零散分布，随着压缩的进行，组织中各相任意排列，且均发生动态再结晶过程。

• 400C 时不同应变速率变形后合金显微组织• (a) 0.001s-1,(b) 0.01s-1 ， (c) 0.1s-1 ， (d) 1s-1

(a)(b)

(c)(d)

450C 时不同应变速率下定向凝固试样显微组织(a) 0.001s-1,(b) 0.01s-1 ， (c) 0.1s-1 ， (d) 1s-1