快速凝固Ni-Ge合金的组织演化与力学性能研究

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.