预应变对Ni50_2Ti49_8合金记忆特性的影响
镍钛合金是一种形状记忆合金
镍钛合金在医学上的应用材料科学与工程学院08级热处理1班单珺 080102010005一、镍钛合金的发展历史可分为3 个阶段:1、1963 年～1986 年, 开展了初步的基础研究, 包括相变行为、晶体结构、显微组织、力学性能和冶炼加工制备技术等。
20 世纪70 年代初, 美国Raychem 公司成功研制了NiTiFe 航空用液压管路接头和紧固件, 并应用于F14 战斗机中, 成为镍钛合金第一个成功的工业应用实例。
、2、1987 年～1994 年, 深入细致地研究了基础理论, 包括马氏体的三变体自协作形状恢复机制、线性超弹性和非线性超弹性的影响因素等 , 这个阶段是镍钛合金工程的鼎盛时期。
3、1995 年至今, 一些新的镍钛合金加工技术和基础理论问题不断出现, 如镍钛合金的表面改性技术、激光加工技术和脉动疲劳寿命测试等。
二、NiTi合金形状记忆效应的原理和特性所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有“记忆”本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm²的合金棒，相变时产生850Okg的力。
记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。
C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。
(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。
形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。
形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。
NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。
在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。
形状记忆合金原理
形状记忆合金 全程形状记忆效应——当加热时恢复高i- Ni合金中出现。
全程形状记忆效应
形状记忆合金
马氏体相变与形状记忆原理
热弹性马氏体相变 超弹性和伪弹性 应力诱发马氏体相变
形状记忆合金
马氏体相变与形状记忆原理 大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏体 相变而呈现形状记忆效应。
形状记忆合金
②工程应用:紧固件、连接件、密封垫、管件接头等
形状记忆合金用作铆钉的工作原理图
形状记忆合金 ③医疗领域应用:牙齿矫形丝、血栓过滤器、动脉瘤 夹、接骨板等（Ti-Ni合金）
支撑性与柔韧性完美协调 的Ti-Ni记忆合金食道支架
形状记忆合金
④智能应用 形状记忆合金是一种集感知和驱动双重功能为 一体 的新型材料，可广泛应用于各种自动调节 和控制装置，如各种智能、仿生机械。
形状记忆合金
具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金 属元素构成的合金，故称为形状记忆合金
(Shape Memory Alloys，简称SMA)。
20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、 超导材料中发现形状记忆效应。
形状记忆合金 形状记忆效应可分为3种类型：
①单程形状记忆效应 ②双程形状记忆效应 ③全程形状记忆效应
超弹性或伪弹性
产生热弹性马氏体相变的形 状记忆合金，在Af温度以上 诱发产生的马氏体只在应力 作用下才能稳定地存在，应 力一旦解除，立即产生逆相 变，回到母相状态，在应力 作用下产生的宏观变形也随 逆相变而完全消失。其中应 力与应变的关系表现出明显 的非线性，这种非线性弹性 和相变密切相关，叫做相变 伪弹性 或超弹性
优点：记忆效应优良、性能稳定、生物相容性好 缺点：制造过程较复杂，价格高昂
快速凝固Ti50Ni25Cu25块体合金的形状记忆性能研究
５ ０℃ 退 火处理后 预 应 变 ８ 的 Ｔｉ ０ ５ ｕ２ 合金 棒 材 的 形状 回复 应 变约 为 ２ ２ 。在 ５ ０℃ 和 ５ ０ ５ Ｎｉ Ｃ ５ ５ ２ ． ０ ５
ＣＨ ＥＮ ｕ ｈｕ ＺＨ ＡＮ Ｇ ａ Ｇ ｉ ａ， Ｔ ｏ
Ｓｈ ｐ ｅ ｏ ｙ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＲａ ｄｌ— ｏ ｉ ｉｉ ｄ Ｔｉ５ Ｎ ｉ２ Ｃｕ ２ Ａｌｏ ａ ｅ Ｍ ｍ ｒ ｏ ｒ ｉｓ ｏ ｐｉ ｙ ｓ ｌｄ ｆｅ ０ ５ ５ ｌ ｙ
（ ｃ ｏ ｌｏ ａｅ ｉｌ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ，Ｂ ｉｎ ｉｅ ｓｔ ｆＡｅｏ ａ ｔ ｓａ ｄＡｓｒ ｎ ｕ ｉｓ ｅｊ ｇ １ ０ ９ ，Ｃｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ｔｒａｓ ｃｅ ｃ ｇｎ ｅ ｉｇ ｅｊ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｒｎ ｕ ｉ ｎ ｔｏ ａ ｔ ，Ｂ ｉｎ ０ １ １ ｉ ｃ ｃ ｉ ｉａ
快 速凝 固 Ｔ ０ ｉ ５ ｕ２ 块 体合 金 的形 状 记 忆 性能研 究 ｉ Ｎ Ｃ ５ ５ ２
陈桂 华 ，张 涛
（ 京 航 空航 天 大 学 材 料 科 学 与工 程 学 院 ， 京 １ ０ ９ ） 北 北 ０ １ １
摘 要 ： 用铜 模 喷铸 法 制备 了具 有形 状记 忆性 能 的 高含 Ｃ 利 ｕ快速 凝 固 Ｔｉ ０ ５ ｕ２ 合金棒 材 ， Ｎｉ Ｃ ５ ５ ２ 并 对其 铸 态和 退 火态组 织进行 了分析 。详 细研 究 了热 处 理 温度 对 马 氏体相 变行 为的 影 响 ， 究 了 Ｔｉ ０ ｉ 研 Ｎ ５ ２ Ｃ ５ ５ ｕ２ 合金 棒材 铸 态和 退 火 态的 室温 压 缩 力 学行 为 ， 测 试 了合金 的 形状 记 忆性 能。各 合 金 表 现 出 良 并
稀土元素Ce对Ti_Ni形状记忆合金力学性能的影响
第19卷第5期2009年9月黑龙江科技学院学报Journa l o fH e ilongjiang I nstitute o f Science&TechnologyV o.l19N o.5Sep.2009文章编号:1671-0118(2009)05-0335-04稀土元素Ce对T i-N i形状记忆合金力学性能的影响刘爱莲1,徐家文1,孙俭峰1,蔡伟2(1.黑龙江科技学院材料科学与工程学院,哈尔滨150027;2.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:采用拉伸试验研究了稀土元素Ce对T i-N i合金力学性能的影响,通过扫描电镜对T i-N i-Ce合金的断口形貌进行观察。
实验结果表明,添加稀土元素Ce使T i-N i合金的应力)应变行为有显著影响。
在马氏体状态拉伸时,当x(C e)低于0.5%时,合金的应力)应变曲线出现明显的屈服平台;而当x(C e)超过1%时,合金的应力)应变曲线上无明显的屈服平台,以连续屈服和强烈的加工硬化为特征。
随C e加入量增加,合金的延伸率降低、脆性增大,断裂类型由微孔聚集型的韧性断裂逐渐转变为沿晶脆性断裂。
因此,Ce的加入量不能超过1%,否则将损害T i-N i 合金的使用性能。
关键词:T i-N i形状记忆合金;稀土C e;力学性能;断口形貌中图分类号:TG13916;TG14614文献标识码:AEffect of rare ear th Ce add ition on mechanical properties ofTi-Ni shape memory all o ysLIU A ilian1,X U J iaw en1,SU N J ianfeng1,CAI W ei2(1.College o fM ater i a ls Science and Eng ineer i ng,H eil ong ji ang Instit ute o f Sc ience and T echno l ogy,H arb i n150027,China;2.Co llege o fM ater i a ls Science and Eng i nee ri ng,H arb i n Instit u te of T echno logy,H arb i n150001,Ch i na)Abst ract:This paper presents the study of effect o fC e addition on t h e m echanical properties ofT i-N i(x(N i)50.7%)alloy by tensile tests and i n vestigation into t h e fracture m orpho l o gy ofT i-N i-C e a-l l o ys by SE M i n the paper.The results sho w that Ce add ition g i v es an evident effect on the stress-stra i n curves ofT i-N i alloys.W hen the a lloys are subjected to tension underm artensitic state,the stress-stra i n curve of T i-N i a ll o y w ith0.5%x(C e)or less g i v es eviden t stress p lateau;the tensile stress-stra i n curve o fT i-N i a lloy conta i n i n g1%x(Ce)or m ore sho w s no ev ident stress plateau and the stress-stra i n curve is characterized by continuous y ieldi n g and high w ork har den i n g.Increase of Ce content leads to the e l o ngation decreases and t h e brittleness i n creases.I ncreasi n g C e content resu lts i n g radual changes fro m ductil e rupture to brittle one in the fracture type ofT i-N i-Ce a lloys.Ce add ition ofm ore than1% is like l y da m age the perfo r m ance o fT i-N i a ll o ys.K ey w ords:T i-N i shape m e m ory alloy;rare earth Ce;m echanical property;fracture m or pho l o gy收稿日期:2009-08-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(50471018)作者简介:刘爱莲(1975-),女,河南省商水人,讲师,博士,研究方向:形状记忆合金,E-ma i:l li ua ili an@。
形状记忆合金的研究与展望
形状记忆合金的研究与展望摘要：形状记忆合金是新近崛起的一类高科技功能材料。
应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。
本文简要阐述了目前主要的形状记忆合金的类别及其影响形状记忆效应的因素。
关键词：形状记忆合金；形状记忆效应；马氏体相变引言形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是新近崛起的一类高科技功能材料。
这类合金在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某一温度，材料会自动回复到变形前原有的形状，能够大致上恢复至变形前的形状，这种所具有的回复原始形状的能力，称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME)[1]。
自该合金发现以来，它以独特的形状记忆效应和超弹性（Superelasticity）而引起人们的注视，并正逐渐得到日益广泛的应用，并在数量上已经跃居马氏体相变研究的首位[2]。
形状记忆合金的应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、农业、医学、机械人以至日常用品等领域。
在应用领域，其发展阶段大致经历了组分的变化及性能的提高。
NiTi合金和Cu基合金的开发应用主要集中在上世纪60~80年代，而铁基合金的开发应用相对较晚。
但是，这些合金的研究在今年来也一直受到关注，研究从未中断。
近年来形状记忆合金研究所取得的进展也主要体现在为NiTi，Cu基和Fe基形状记忆合金开发应用所进行的基础研究的探索上。
1. 形状记忆合金的分类1.1 钛镍形状记忆合金[3]1963年，W. Buehler等人在美国海军武器实验室发现了钛镍形状记忆合金具有可逆马氏体相变导致形状记忆效应[4]，随后引起了人们的极大兴趣，并很快得到应用。
迄今为止，有TiNi形状记忆合金的研究仍在不断地开展，在一系列的国际会议上，如马氏体相变国际会议（ICOMAT）、欧洲马氏体相变会议（ECOMAT）、形状记忆与超弹性国际会议（SMST），形状记忆材料国际会议（SMM）等，都占有很大比重，在有关智能材料和结构方面的国际会议上也占有一定比重。
应变约束相变对Ti_(44)Ni_(47)Nb_9合金恢复应变的影响
应变约束相变对Ti_(44)Ni_(47)Nb_9合金恢复应变的影响刘晓鹏;金伟;曹名洲;杨锐【期刊名称】《金属学报》【年(卷),期】2004(40)4【摘要】研究了10％预应变Ti44Ni47Nb9合金应变约束相变加热温度Th对随后自由相变行为的影响,结果表明:经过约束相变循环的Ti44Ni47Nb9合金,在随后的自由相变过程输出两段恢复应变εr1和εr2,其值分别随约束相变加热温度Th升高而增加和减小,但合金总恢复应变εr(εr=εr1+εr2)却随Th升高而降低.分析表明:恢复应变εr的降低与约束逆相变过程中马氏体相在恢复力作用下拉伸变形导致合金产生了大量塑性变形有关,而两段恢复应变εr1和εr2的形成则与合金约束相变后形成应变量明显不同的M1和M2两部分取向马氏体逆相变相关.【总页数】4页(P363-366)【关键词】Ti44Ni47Nb9合金;约束态相变;恢复应变【作者】刘晓鹏;金伟;曹名洲;杨锐【作者单位】中国科学院金属研究所【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.再结晶对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金棒相变和织构的影响 [J], 颜莹;金伟2.形变对Ti_(44)Ni_(47)Nb_9宽滞后形状记忆合金应力诱发马氏体相变行为的影响 [J], 何向明;戎利建;闫德胜;姜志民;李依依3.热处理对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9记忆合金相变温度的影响 [J], 栗华矗;高宝东;王江波;冯昭伟;米绪军4.Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金的相变滞后和应变马氏体的稳定性 [J], 张春生;蔡伟;赵连城5.高温退火和时效处理对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金显微组织和马氏体相变的影响[J], 张春生;蔡伟;赵连城因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
热轧过程中Ni49.4Ti38.6Hf12形状记忆合金微观组织和织构的变化
热轧过程中Ni49.4Ti38.6Hf12形状记忆合金微观组织和织构的变化热轧过程中Ni49.4Ti38.6Hf12形状记忆合金微观组织和织构的变化K.S. Suresh a, Dong -Ik Kim b, S.K. Bhaumik c, Satyam Suwas aa Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science, Bangalore, Karnataka 560 012, Indiab High Temperature Energy Materials Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Seoul 136-791, Republic of Koreac Materials Science Division, Council of Scientific and Industrial Research (CSIR), National Aerospace Laboratory, Bangalore 560 017, India摘要本文研究了以TiNi为基并含Hf的形状记忆合金Ni49.4Ti38.6Hf12在热轧过程中微观组织和织构的变化情况。
R相的结构形式与(Ti,Hf)2Ni相的析出过程是有一定关联的。
母相B2的晶体结构和成品相R ＆B19′同样被析出过程决定。
已经发现，在B2到R相转变过程中的多种相选择比B2到B19′相转变过程的要强烈得多。
在变形过程中，奥氏体的结构变化伴随着很多的Goss和Bs成分。
转变为马氏体机构以后，会产生一种[011]||RD纤维。
微观组织和织构的研究显示出了热轧过程中部分动态再结晶的发生。
在(Ti,Hf)2Ni析出相附近出现的大应变异质结构通过扩展动态恢复来逐渐减少，而不是通过粒子激发形核。
1前言由于TiNi基形状记忆合金两个独特的优点，即形状记忆特性和超弹性（也叫伪弹性），因此被广泛应用在医药和工程领域。
镍钛形状记忆合金 相变滞后
镍钛形状记忆合金相变滞后镍钛形状记忆合金是一种具有特殊性能的合金材料，其中最重要的特性之一就是相变滞后。
相变滞后是指合金材料在相变过程中存在一定的温度延迟，即相变开始和结束温度并不完全相同。
本文将就镍钛形状记忆合金的相变滞后进行详细介绍。
我们需要了解镍钛形状记忆合金的基本概念。
镍钛形状记忆合金是一种能够在温度变化时产生形状记忆效应的合金材料。
其基本组成是镍和钛两种金属元素，通常以NiTi合金的形式存在。
镍钛合金由于其特殊的晶体结构，在相变过程中能够表现出形状记忆和超弹性等优异性能。
相变滞后是镍钛形状记忆合金的一种重要特性，它主要与合金中的相变温度和相变类型有关。
一般来说，镍钛合金的相变温度包括A 相变和M相变两种。
A相变是指合金从高温相变为低温相的过程，而M相变是指合金从低温相变为高温相的过程。
在进行相变过程中，合金存在相变起始温度和相变结束温度两个关键温度点。
相变滞后是指合金在相变过程中，这两个温度点之间存在一定的温度差。
这是因为镍钛形状记忆合金的相变过程是一个复杂的热力学过程，涉及到晶体结构的相变和晶格参数的变化等。
相变滞后的存在导致了合金在相变过程中具有一定的延迟性，使得相变过程不是完全瞬时发生的。
相变滞后对镍钛形状记忆合金的性能有着重要的影响。
首先，相变滞后使得合金在相变过程中具有一定的稳定性。
相变滞后温度的存在使得合金在相变过程中不会受到外界温度的轻微变化而频繁地发生相变，从而保证了合金的相变过程的可控性和稳定性。
相变滞后还使得合金具有一定的耐久性。
相变滞后的存在使得合金可以在相变过程中承受一定的应力变化。
当合金在相变过程中受到外界应力作用时，由于相变滞后的存在，合金可以通过吸收和释放应力来缓冲应力的变化，从而减轻合金的损伤和疲劳。
相变滞后还使得镍钛形状记忆合金具有一定的记忆性能。
相变滞后使得合金在相变过程中可以保持一定的形状记忆效应，即在恢复温度范围内，合金可以自动恢复其预先设定的形状。
热循环对预应变NiTi记忆合金丝／铝基复合材料马氏体逆相变的影响
爿
低 ； 当 循 环 次数 超 过 ３ Ｏ次后 ， 逆 转 变 温 度几 乎保 持不 变 。并 对热 循环 过程 中 的马 氏体 相 变 过 程 进 行 了分 析 讨 论 。 关 键 词 ：Ｎｉ 记 忆合 金 ； 复合 材 料 ：热 循 环 ；马 氏 体 逆 相变 Ｔｉ
中围 分 类 号 ；ＴＧＩ ９ ． ６ ３ 文 献 标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０－ ３ １ （０ ２ １００ —３ ０ １４ ８ ２ ０ ）０ — ０ ３０
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热 循 环 对 预 应 变 ＮＴ 记 忆 台 金 丝 ／ 基 复 台 材 料 马 氏 体 逆 相 变 的 影 响 ｉｉ 铝
热循 环 对预 应 变 Ｎｉ 记忆 合 金 丝／ Ｔｉ 铝基 复 合材 料 马 氏体 逆 相 变 的 影 响
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Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｔ ａｎ ｄ Ｔｉ ｙ Ｆｉ ｅ ｓ Ａｌ ａ ｓ ｏ ｍ ｔ ｆＰｒ ｓ ｒ ｉ ｅ ＮｉＡｌ ｂ ｒ ／ ｏ ｌ ｏ
Ｍ ａ ｒｘ Ｃｏｍ ｐ ｓｔ ｔ ｉ ｏ ｉｅ
崔立 山 （ 油 大学 材料科 学与工 程 系，北京 １２０ ） 石 ０ ２ ０ 杨 大 智 （ 连 理 工大 １ ２） ６ ＣＵＩＩｉｓ ａ （ ｉｅ ｓｔ ｆＰ ｔｏｅ ｍ，Ｂｅｊ ｇ １ ２ ０ ． ｈ ｈ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｏ ｅ ｒ ｌｕ — ｉ ｎ ０ ２ ０，Ｃｈ ｎ ） ｉ ｉａ
应 变 为 ４ 的 Ｎｉ 合 叠 丝 ／ 基 复 合 材 料 马 氏 体逆 相变 的影 响 。 果 表 踞 ： 第 一 次加 热 过 程 中 ・ 氏体 逆 转 变 开 始 ％ Ｔｉ 铝 结 在 马
合金元素对Ni_(41)Ti_(44)Cu_7Zr_8合金相变及力学性能的影响
仪（ ＸＲ Ｄ， Ｄ ＭＡＸ — Ｒ Ｂ） ， 扫 描 电子 显 微 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ ，Ｚ ｅ ｉ ｓ ｓ
Ｓ ＵＰ Ｒ Ａ ５ ５ ） 及 透射 电子 显 微 镜 （ ＴＥ Ｍ， Ｊ Ｅ Ｍ ２ ０ ０ ０ ） 对
样 品 的微 观组 织结 构进 行分 析 。透射 电镜 试样 首 先 利
影 响
分别 以 １ （ 原子分 数 ） 的 Ｓ ｉ 、 Ｈｆ 、 Ｃ ｏ 、 Ａ１ 、 Ｖ、 Ｆ ｅ 代
替 Ｎｉ Ｔｉ Ｃ ｕ Ｚ ｒ 合金 中 的 Ｎｉ 元素 ， 研 究不 同元 素对
合金 的力 学 性 能 的影 响 。 图 １ （ ａ ） 为包括 Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
张 中艳 ， 吴 渊 ， 王 辉 ， 刘雄 军 ， 吕昭平
（ 北京科 技 大学 新金 属材 料 国家重 点实验 室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ） 摘 要 ： 合 金 元 素 影 响 Ｎｉ ｌ Ｔｉ Ｃ ｕ ７ Ｚ ｒ ８形 状 记 忆合 和 Ｖ） 以及 Ｎｉ １ Ｔｉ Ｃ ｕ ７ Ｚ ｒ ８ Ｆ ｅ （ ｚ一１ １ 、 ３ ） ， 分 别 简 称 为Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ 、 Ｓ ｉ ｌ 、 Ｈｆ １ 、 Ｃ ｏ ｌ 、 Ａ１ １ 、 Ｖ１ 、 Ｆ ｅ ｌ 、 Ｆ ｅ ３合 金 ， 上述 成 分 均 以 原 子 分 数 表 示 。 所 用 原 料 纯 度 均
薄片 ， 机 械 打磨 至 约 ５ Ｏ ｍ 后 采 用 电解 双 喷 获 得 所 需
薄区， 所 用双 喷液 配 比为 （ ＨＮＯ。 ）： ， ｚ （ Ｃ Ｈ ＯＨ） 一１
１ 引 言
Ｎｉ Ｔ ｉ 基 合 金 由于 其 优 异 的形 状 记 忆 性 能 和 超 弹 性性 能 、 良好 的力学 性能 、 耐腐 蚀性 和生 物相 容性 以及 高 阻尼特 性ｕ 。 ｊ ， 引起 材料界 和 工程 界 的广 泛重 视 。第 三元 素加 入对 Ｎｉ Ｔｉ 合 金 的形 状 记 忆 性 能特 别 是 相 变 温度 会 产生显 著影 响 ， 可将它们 分 为 ３ 类： 一类 使相 变 温 度 降低 ， 如 Ａ１ ＿ ｌ ８ ］ 、 Ｃ ｒ Ｅ 、 Ｃ ｏ ｔ 和Ｆ ｅ Ｅ 。 。 等； 另 一 类 提高 相变 温 度 ， 如Ｐ ｄ ： ” ］ 、 Ａｕ Ｅ ” ］ 、 ｐ ｔ ［ ” ］ 、 Ｈｆ Ｅ 、 Ｚ ｒ Ｅ ２ １ ， ２ ２ ］ 等； 此外 ， Ｃ ｕ元 素对 相 变 温度 影 响不 大 ， 但 是 能改 变 相 变顺 序 ， 使相 变 滞后 变 窄ｌ ＿ ２ 。综 上所 述 ， 在第 三 元 素 对 近等原子 比的 Ｎｉ Ｔ ｉ 合金 的形 状记忆 性 能特别 是相 变
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预应变对Ni50.2Ti49.8合金记忆特性的影响Ξ李艳锋,米绪军3,高宝东
(北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京100088)
摘要:研究了Ni50.2Ti49.8合金在5种不同预应变(1.96%,3.96%,5.88%,7.85%,9.96%)下的回复应变和逆相变温度;恒定预应变5188%下,热机械循环对回复应变和逆相变温度的影响。结果表明:预应变使得逆相变温度升高,预应变越大逆相变温度越高。随着预应变的增加回复应变增加,预应变增加到一定程度时回复应变达到最大值,随后回复应变随预应变增加而减少。恒定预应变下热机械循环,随循环次数增加,逆相变温度下降,回复应变减少,随着循环次数进一步增加,逆相变温度和回复应变逐步达到稳定值。
关键词:NiTi;形状记忆合金;回复应变;相变温度中图分类号:TB381;TG139.6 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2008)06-0714-04
NiTi基形状记忆合金是应用最为广泛的一种形状记忆合金,具有优异的记忆特性、超弹性、生物相容性等优点,在航天航空、电子自动化、生物医用等领域得到了广泛的应用[1～3]。NiTi形状记忆合金驱动器具有功重比大(输出功和质量之比),
结构简单,重复性好等优点,在智能机械和电子自动化领域有着巨大的发展潜力[4～5]。通常驱动器需要外部载荷对形状记忆合金预应变,形状记忆合金加热回复而产生回复力和回复位移,不同的预应变对形状记忆合金的回复应变和相变回复温度有不同的影响,随着热机械循环次数的增加,形状记忆合金的回复应变和回复相变温度也随之变化。晶体取向,织构,马氏体晶体结构是影响形状记忆合金回复率的重要因素[6]。相变点温度受合金成分、杂质元素、加工变形和热处理等因素影响[7～9]。形状记忆合金在不同预应变下的回复应变和逆相变温度以及循环过程中回复应变和逆相变温度的变化是研究记忆合金驱动器的重要参数。本文研究了Ni50.2Ti49.8合金在不同预应变下的回复应变和逆相变点温度以及恒定预应变下热机械循环对回复应变和逆相变点温度的影响,
并对其影响机制进行了分析,为深入系统的研究NiTi记忆合金的回复特性提供依据。
1 实 验所用材料为真空感应熔炼制备的Ni5012Ti4918
(原子百分含量)铸锭,铸锭经热煅、热拉拔、冷拉
拔后丝材直径为0.3mm。热处理制度:石英管真空封装后放入电阻炉中500℃,10min中温退火后水冷。用四点探针电阻法测试合金相变点温度,升降温速率为3℃・min-1。合金室温下的力学性能测试在电子万能试验机上进行。不同预应变下回复应变和逆相变温度测试方法:室温下在电子万能试验机上进行拉伸预应变。回复应变测试在自制的专用仪器上进行,把预应变的合金丝竖直安装在温控箱内,上端固定,下端加载106g砝码即15MPa恒载荷使丝材处于预紧状态,温控箱以3℃・min-1的升温速率对合金丝加热。当温度升至马氏体逆相变温度时,合金丝材发生逆相变回复而收缩,采集不同温度下的回复位移和温度得到回复应变2温度曲线,在回复应变2温度曲线上用切线法得到逆相变温度。本次实验研究了5种不同预应变1.96%,3.96%,5.88%,
7185%,9.95%(拉伸加载后卸载,发生部分回复后的预应变)下的回复应变和逆相变温度。恒定预应变为5.88%时,10次热机械循环,不同循环次数对回复应变和逆相变温度的影响。
2 结果与讨论2.1 Ni50.2Ti49.8合金的相变点温度和室温力学性能 实验测得合金的相变点温度为:M
f=1℃,
Ms=15℃,As=42℃,Af=51℃。图1为室温(28
第32卷 第6期Vol.32№.6 稀 有 金 属CHINESEJOURNALOFRAREMETALS 2008年12月
Dec.2008
Ξ收稿日期:2007-11-20;修订日期:2008-04-10
作者简介:李艳锋(1981-),男,湖南宁远人,博士研究生;研究方向:形状记忆合金3通讯联系人(E2mail:mxj@grinm.com)℃)下合金的应力应变曲线,实验温度在As和Ms温度之间,所以拉伸预应变时发生应力诱发马氏体相变。应力诱发马氏体相变临界应力值σSIM为105MPa,合金的抗拉强度为1230MPa,断裂延伸率为17.3%。2.2 不同预应变对Ni50.2Ti49.8合金的回复应变和逆相变温度的影响 图2为5种不同预应变1.96%,3.96%,5188%,7.85%,9.95%下的回复应变2温度曲线,用切线法标定逆相变开始温度A′s,逆相变结束温度A′f,通过图2得到不同预应变下Ni5012Ti49.8合金的逆相变温度如图3所示,得到不同预应变下Ni5012Ti49.8合金的回复应变和残余应变如图4所示,更清楚和直观地看到不同预应变下Ni5012Ti49.8合金的回复应变和逆相变温度的变图1 室温下Ni50.2Ti49.8合金的应力应变曲线Fig.1 Stress2straincurveofNi50.2Ti49.8alloyatroomtemperature图2 不同预应变下Ni50.2Ti49.8合金的回复应变2温度曲线Fig.2 Recoverystrain2temperaturecurvesofNi50.2Ti49.8alloyunderdifferentpre2strain化。从图3可以看到,随预应变的增加,逆相变温度升高,A′s从初始的42℃升高到
49,57,69,80,
86℃,A′f从初始的51℃升高到56,62,76,85,94℃。室温下合金为马氏体相和母相两相混合状态,拉伸预应变时将发生应力诱发马氏体相变和马氏体再取向,在马氏体再取向过程中自适应马氏体相互吞并形成取向马氏体,使得马氏体变体数量减少,从而减少了马氏体界面,原来存储在自适应马氏体界面的弹性能得以释放。弹性能是马氏体逆相变的驱动力,因此释放的弹性能减少了逆相变的驱动力,阻碍了逆相变的发生,使得逆相变在更高的温度发生,导致A′s和A′f升高。预应
变越大,释放的弹性能越多,导致逆相变温度升高越多。这也与Piao等[10]的研究结果一致,普遍认为预应变使得弹性能的释放是导致逆相变温度升高的主要原因。
图3 不同预应变下Ni50.2Ti49.8合金的逆相变温度Fig.3 ReversetransformationtemperaturesofNi50.2Ti49.8alloyunderdifferentpre2strain
图4 不同预应变下Ni50.2Ti49.8合金的回复应变Fig.4 RecoverystrainofNi50.2Ti49.8alloyunderdifferentpre2strain
5176期 李艳锋等 预应变对Ni50.2Ti49.8合金记忆特性的影响 从图4可以看到,随着预应变的增大,回复应变增大,当预应变增大到一定值时,回复应变达到最大值,随着预应变的继续增大,回复应变开始下降。不同预应变1.96%,3.96%,5.88%,7.85%,
9.95%下回复应变分别为1.52%,3.50%,4185%,5.15%,5.01%。当预应变为5.88%时最大回复应变为5.15%。加热过程中当温度升高到A′s时发生马氏体逆相变,马氏体向母相转变,微观上表现为晶体结构的变化,宏观上表现为形状的回复,当温度升高到A′f时,回复完成。从图1
可以看到当预应变小于5%时,应变平台为应力诱发马氏体相变和马氏体再取向,在加热过程中,这部分马氏体多数都转变为母相,所以回复率高,残余应变小。当预应变大于5%时,随预应变的增大,回复应变有所增加,这主要是由于预应变的增加能充分诱发马氏体相变,在逆相变过程中有更多的马氏体变体向母相转变而导致回复应变增加。当预应变大于5%时,合金开始过渡到母相屈服和滑移阶段,在预应变过程中引入大量位错结构,导致了残余应变大大增加。当预应变继续增加大于8%以后,合金处于滑移阶段,预应变的增加导致塑性变形大大增加,从而残余应变的增加使得回复应变开始减少。2.3 恒定预应变下热机械循环对Ni50.2Ti49.8合金的回复应变和逆相变温度的影响 恒定预应变5.88%,加热回复,预应变,加热回复,预应变……如此循环,测得不同循环次数(N=1,2,5,10)下的回复应变2温度曲线如图5
所示,其逆相变温度随循环次数变化曲线如图6
所示,回复应变随循环次数变化曲线如图7所示。从图6可以看到,逆相变温度A′s,A′f随循环次数
的增加而下降,A′s从第一次的69℃在第二次,第
五次,第十次分别降低到62,59,56℃,A′f从第
一次的76℃在第二次,第五次,第十次分别降低到68,65,61℃,其中第二次降幅最大,循环第十次后基本达到稳定值。预应变时都发生应力诱发马氏体相变,形成取向马氏体从而存储弹性能,随着循环次数的增加,马氏体取向变得更加容易,更多的弹性储能为逆相变提供驱动力,有利于逆相变的发生,从而导致逆相变温度随循环次数的增加而降低。
图5 5.88%恒预应变不同热机械循环次数下Ni5012Ti4918
合金的回复应变2温度曲线Fig.5 Recoverystrain2temperaturecurvesofNi5012Ti4918alloyunderdifferentnumberofcycleswithconstantpre2strainof5.88%
图6 5.88%预应变不同热机械循环次数下Ni50.2Ti49.8
合金的逆相变温度Fig.6 ReversetransformationtemperaturesofNi50.2Ti49.8alloyunderdifferentnumberofcycleswithconstantpre2strainof5.88%
图7 5.88%预应变不同热机械循环次数下Ni50.2Ti49.8
合金的回复应变Fig.7 RecoverystrainofNi50.2Ti49.8alloyunderdifferentnumberofcycleswithconstantpre2strainof5.88%
617 稀 有 金 属 32卷