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新材料技术,金属材料

研究发现，低弹模、高硬度材质比传统高硬度、高弹模材料具有更高的耐过载损伤及更长的磨损寿命。高硬度镍钛基合金是一种富Ni的合金(Ni>52at％)，具有高硬度、低弹模特性。目前制约高硬度镍钛基合金应用的因素是其存在热处理淬裂，及服役过程组织退化导致硬度大幅度下降等问题。高硬度镍钛基合金的主要强化相为Ni4Ti3相，但随着时效温度升高和时效时间延长，亚稳的Ni4Ti3相会发生长大分解为Ni3Ti2相和Ni3Ti相，从而合金硬度下降。因而高硬度镍钛基合金目前的最高使用温度为400℃，这也限制了其在工业中的应用。因此，虽然高硬度镍钛基合金具有较大的成为优秀轴承材料的潜力，但目前还需要进一步改善其性能。针对上述问题，本成果开发一种新型高硬度镍钛基合金。

相对于现有技术的优点在于： 1.合金成分的设计，首先，在富镍的Ni-Ti二元合金体系基础上，分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ti位的Al、Nb、Hf、Ta、Zr、Mo、Co元素，及其组合的合金组分体系，以增加镍钛基合金的热稳定性和应用温度，进一步提高硬度等性能。其次，在二元合金体系的基础上，分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ni位的V、Cu、Hf、Fe、Cr元素，及其组合的合金组分体系，以提高镍钛基合金的韧性和加工性能。再者，在二元合金体系的基础上，分别设计了加入同时取代Ni-Ti合金中Ni和Ti位的上述合金元素，及其组合的合金组分体系，以达到综合性能的最佳匹配。针对上述各合金化元素，通过计算、设计及实验，研究分析了相关组织，对合金元素的强化机理，尤其是多元合金元素的复合强化机理进行了研究和验证，得到了不同合金化元素的合理含量。 2.在上述合金组分设计的基础上，进一步通过合金化方法，调整镍钛基合金中主要的Ni4Ti3纳米强化相的形态、尺寸、分布及体积分数，并调整镍钛基合金的热处理工艺窗口，进一步的优化性能。与传统的高硬度高弹模材料相比较，高硬度镍钛基合金具有高弹性低模量的特点

北航工研院相关研发团队

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