大学生创新性实验计划项目 阶 段 汇 报

1. 大学生创新性实验计划项目阶 段 汇 报

2. 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

3. 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20mm200mm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6.62102 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800C，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100C以下时，关闭机械泵和其它电源，停循环水，取出试样。

4. 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。

5. 不同变形条件下的峰值应力如表 从表4-1

6. 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

7. 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

8. 组织观察 • 分别是是350C、400C、450C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

9. 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。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。

10. (b) (a) (c) (d) • 400C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

11. 450C时不同应变速率下定向凝固试样显微组织450C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

12. 谢谢