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        Ti-Ni-Hf基合金薄帶的相變行為分析

        2013-08-22 07:44:32石美玉孟祥龍張金柱崔宏耀
        交通科技與經(jīng)濟(jì) 2013年2期
        關(guān)鍵詞:薄帶馬氏體晶粒

        石美玉,孟祥龍,喬 實(shí),張金柱,崔宏耀,王 強(qiáng)

        (1.黑龍江工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150001)

        研究表明,Cu含量的少量增加僅略微降低Ti-Ni-Hf合金的馬氏體相變溫度,不改變其相變順序。退火處理后的Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶中存在2種尺寸差巨大的的晶粒,且在經(jīng)較高溫度退火的薄帶中還存在明顯的(Ti,Hf)2Ni析出相,這些組織的存在對薄帶的馬氏體相變行為無疑會產(chǎn)生影響。利用DSC(差示掃描量熱儀)系統(tǒng)研究Cu含量、退火溫度、退火時間對Ti-Ni-Hf基薄帶相變行為的影響。

        1 Cu含量對Ti-Ni-Hf基合金薄帶相變行為的影響

        圖1為Ti36Ni49-xHf15Cux(x=0,5,8)合金薄帶經(jīng)700℃退火1h處理后的DSC曲線。由圖1可知,隨著薄帶中Cu含量的增加,薄帶中主要相變的相變溫度下降,同時DSC曲線上逐漸出現(xiàn)了多個相變峰。當(dāng)Cu含量為0at.%時,在加熱和冷卻DSC曲線上都只存在1個相變峰,即B2?B19′單步相變。當(dāng)Cu含量為5at.%和8at.%時,在加熱和冷卻DSC曲線中出現(xiàn)了3個明顯的相變峰,特別是當(dāng)Cu含量為5at.%時,多個相變峰的特征最為明顯。這與Meng等人的研究結(jié)果不同,他們在Ti-Ni-Hf-Cu薄帶的相變過程中只發(fā)現(xiàn)1對相變峰。在相變過程中出現(xiàn)多個相變峰可能與Cu元素的加入促進(jìn)(Ti,Hf)2Ni顆粒析出有關(guān)。

        在Ti-Ni-Hf基合金體材料中,其馬氏體相變Ms溫度一般都高于100℃,與之相比,Ti36Ni49-xHf15Cux(x=0,5,8)合金薄帶的馬氏體相變溫度較低。這是由于薄帶中晶粒尺寸比體材料的晶粒小,且存在析出相,可有效抑制母相發(fā)生切變,從而抑制B19′馬氏體的形成,使得馬氏體相變溫度Ms下降,由于化學(xué)成分確定,熱滯也基本確定,因此,這就造成逆相變溫度也隨著下降。同時,由于(Ti,Hf)2Ni顆粒析出,基體內(nèi)(Ti,Hf)的含量降低,因此,也造成 Ti-Ni-Hf-Cu薄帶相變溫度的降低。

        圖1 Ti36Ni49-xHf15Cux(x=0,5,8)合金薄帶經(jīng)700℃退火1h后的DSC曲線

        2 熱處理工藝對Ti36Ni41Hf15Cu8薄帶相變行為的影響

        熱處理工藝主要通過對Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶中(Ti,Hf)2Ni析出相的尺寸和分布、晶粒大小的影響實(shí)現(xiàn)對薄帶相變行為的影響。

        2.1 退火溫度對Ti36Ni41Hf15Cu8薄帶相變行為的影響

        圖2為經(jīng)不同溫度退火1h后Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶DSC曲線。由圖2可得到Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶經(jīng)不同溫度退火1h后的所有相變溫度信息(As、Af、Ms、Mf),如表1所示。由圖2可知,隨著退火溫度升高,Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶的逆相變溫度和馬氏體相變溫度都升高,同時薄帶的DSC曲線上的相變峰個數(shù)隨退火溫度升高而先增多后減少,當(dāng)退火溫度為973K時,相變峰個數(shù)達(dá)到3個,這主要與(Ti,Hf)2Ni顆粒的析出及細(xì)小納米晶粒的存在有關(guān)。

        由表1和圖2可知,隨著退火溫度升高,薄帶的馬氏體相變溫度升高,這是由于隨著退火溫度的升高,(Ti,Hf)2Ni顆粒析出長大,同時,(Ti,Hf)2Ni析出相趨向于在晶界位置形核析出或者在晶粒內(nèi)部發(fā)生尺寸粗化,結(jié)果導(dǎo)致Ti-Ni-Hf-Cu薄帶晶粒內(nèi)部的(Ti,Hf)2Ni析出相密度下降。由于(Ti,Hf)2Ni析出相可以有效抑制馬氏體相變發(fā)生,從而降低馬氏體相變溫度,當(dāng)晶粒內(nèi)(Ti,Hf)2Ni析出相密度下降,對馬氏體相變的抑制作用減弱,馬氏體相變溫度升高。因此,隨著退火溫度升高,薄帶的馬氏體相變溫度也就隨之升高。

        圖2 不同退火溫度處理1h后Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶DSC曲線

        表1 Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶經(jīng)不同溫度退火1h后的相變溫度 ℃

        2.2 退火時間對Ti36Ni41Hf15Cu8薄帶相變行為的影響

        圖3為Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶在700℃下退火不同時間后的DSC曲線。由圖3可獲得Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶在700℃下退火不同時間后的相變溫度信息(As、Af、Ms、Mf),如表2所示。由圖3和表2可知,隨著退火時間的延長,薄帶的相變溫度逐漸升高。

        當(dāng)退火時間為10min、30min、1h和2h時,在薄帶的DSC曲線上能觀察到比較明顯的2對或3對相變峰,這與主要與(Ti,Hf)2Ni顆粒析出導(dǎo)致局部區(qū)域成分發(fā)生改變和薄帶中晶粒尺寸差別大有關(guān)。其中被標(biāo)記為1、1′、1″和1?的吸熱峰代表的是遠(yuǎn)離(Ti,Hf)2Ni顆粒的區(qū)域的B19′→B2型相變,被標(biāo)記為2、2′、2″和2?的吸熱峰代表(Ti,Hf)2Ni顆粒的區(qū)域的B19′→B2型相變,3、3′、3″和3?的吸熱峰代表細(xì)小晶粒集中分布區(qū)域的B19′→B2型相變。

        圖3 700℃下退火不同時間后Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶DSC曲線

        表2 Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶在700℃下退火不同時間后的相變溫度

        值得注意的是,當(dāng)退火時間為10min時,吸熱峰3和吸熱峰2的溫度差為15K,這表明此時薄帶中細(xì)小晶粒對馬氏體的抑制作用非常明顯。隨著退火時間延長,這2個吸熱峰位置在DSC曲線上逐漸相互靠近,2個峰之間的溫度差也在逐漸減小。當(dāng)退火時間為2h時,該相變溫度差已減小到1.7K。這表明晶粒尺寸對相變溫度的影響作用正在逐漸減弱。當(dāng)退火時間延長到5h時,晶粒尺寸對相變溫度的影響基本消失,使得兩個區(qū)域的相變溫度基本相等,所以在DSC曲線上表現(xiàn)為只存在1個吸熱峰。

        圖3中代表遠(yuǎn)離(Ti,Hf)2Ni析出相區(qū)域的相變峰1、1′、1″和1?隨著退火時間的延長,峰的強(qiáng)度逐漸減小。當(dāng)退火時間延長到5h時,薄帶的DSC曲線又恢復(fù)成單個相變峰,表明當(dāng)退火時間為5h時,由于(Ti,Hf)2Ni顆粒的充分長大最終使得薄帶的基體成分一致,晶粒尺寸對相變溫度的影響消失,所以,就只存在1個放熱峰(吸熱峰)。

        3 結(jié) 論

        1)退火后的Ti-Ni-Hf基薄帶只發(fā)生B2?B19′單步相變,但由于晶粒尺寸的差異較大,在DSC曲線上呈現(xiàn)出多個相變峰;相變溫度隨著薄帶中Cu含量的增加而降低。

        2)隨著退火溫度升高,Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶的相變溫度逐漸升高。當(dāng)退火溫度較低時,DSC曲線上存在多個相變峰,分別對應(yīng)于微米級晶粒和細(xì)小納米晶中的相變過程。當(dāng)退火溫度升高至1073K時,細(xì)小納米晶粒長大,晶粒尺寸對相變的影響消失,DSC曲線上僅呈現(xiàn)1對B2?B19′相變峰。

        3)隨著退火時間延長,Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶的相變溫度逐漸升高。當(dāng)退火時間低于2h時,Ti36Ni41Hf15Cu8合金薄帶的DSC曲線上存在2~3對相變峰。當(dāng)退火時間延長到5h時,薄帶的DSC曲線中只存在1對B2?B19′相變峰。

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