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Ni-Si过共晶复合材料拥有异常的R效应(即随其应用温度的提升,强度不是连续下降,而是先增大再下降)、耐高温氧化腐蚀以及金属和陶瓷的双重特性等特点。为了探讨某一材料在较大组元成分区域内的凝固规律,本文研究了不同凝固速率下的Ni-Si过共晶组织的凝固特性。本文利用真空感应熔炼法制得了Ni-12wt%Si过共晶的母合金,并选用改进后的Bridgman定向凝固方法制得了不同凝固速率下的Ni-Si过共晶自生复合材料。利用金相显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等对Ni-Si过共晶材料在不同凝固速率时的组织形貌、相的析出性能以及各相的成分组成进行了讨论;研究了Ni-Si过共晶复合材料的晶体生长机制;退火温度对亚稳相组织的影响以及Ni-Si过共晶组织间的位向关系;并检测计算了Ni-Si过共晶合金的显微硬度、弹性性质以及室温断裂韧性等力学性能。研究发现,Ni-Si过共晶定向凝固组织中的晶粒随着凝固速率的增大越来越细小,层片间距也随之呈缩短趋势。未定向凝固时的组织因为热流方向呈各向同性而形成树枝晶组织,在定向凝固初始阶段时择优取向表现较弱,组织相对粗大;随着热流逐渐趋于稳定,晶体沿最优生长方向生长,组织相对细小且生长稳定;淬火界面始终以平界面方式生长。Ni-Si过共晶组织包括基体α-Ni相、亚稳Ni31Si12相和Ni-Ni3Si过共晶相三相。其中基体相呈非小平面相,亚稳相以及过共晶相呈小平面相,Ni3Si相的组织以板条状进行生长,而Ni31Si12相主要是以不规则的多边形形貌生长。亚稳相Ni31Si12的存在使得Ni-Si过共晶合金的硬度增加,脆性增加,经过不同温度退火,对比后得出,在1100℃退火,保温30min后获得的显微组织中亚稳相Ni31Si12的含量显著减少。不同凝固速率下的Ni-Si过共晶材料的位向关系是不同的。有实验所得结果可知,任一凝固速率下的Ni-Si过共晶材料的平均硬度值都比纯的Ni3Si的硬度值大。通过不同种共晶方式得到的Ni-Ni3Si材料的硬度值由小到大依次为亚共晶、共晶、过共晶。已知单质Ni的弹性模量为180.0GPa,使用第一性原理计算获得Ni3Si的弹性模量为345.0GPa,理论上经定向凝固后得到的组织的弹性变形量与纯的Ni3Si相比会适量增加,当R=25μm/s时增加最多,脆性改善最明显。与电弧熔炼后的试样比较经Bridgman定向凝固后材料的室温断裂韧性在R=6μm/s和9μm/s时有所增加,在R=25μm/s和40μm/s时,由于凝固速率大于一临界速率,试样在断裂时的热激活能被抑制,位错会塞积在裂纹的尖端,使其不容易出现钝化现象,只能够沿着裂尖位置的最大主应力的平面方向来展开,使材料的脆化倾向变大。