Ti-Ni-Nb宽滞后形状记忆合金的应力诱发马氏体相变行为

用在（Ms＋30℃）温度下的拉伸实验和差示扫描量热仪（DSC）较系统地研究了Ti44Ni47Nb9宽滞后形状记忆合金应力诱发马氏体的相变行为。研究结果表明：当形变量达到14％左右时，应力诱发马氏体相变过程基本完成。应力诱发马氏体的逆相变温度间隔要比热诱发马氏体约小一个数量级。形变对该合金应力诱发马氏体的逆转变开始温度、逆转变温度间隔以及相变潜热均有明显影响，随着拉伸变形量的增加而增加。而在随后的冷却循环中，相变潜热和马氏体相变开始温度均随着形变的增加缓慢降低。     

低应力／应变幅控制的对称拉压疲劳对Ti—49.6Ni合金相变行为的影响

采用电阻法研究了TiNi形状记忆合金在对称拉压应力或应变疲劳条件下的相变行为,结果表明,经过低应力/应变疲劳,材料发生R相变,试样的相变温度变得稳定,马氏体相变温度Ms和逆相变温度As低于未疲劳试样,随着循环次数的增加,应变疲劳后材料的Ms点、As点与循环次数无明显关系,材料具有良好的相变稳定性。     

TiNi形状记忆合金薄膜马氏体稳定化研究

采用DSC法研究了TiNi合金薄膜变形后的相变行为及影响机制,结果表明变形导致TiNi薄膜马氏体发生稳定化现象,即TiNi薄膜第一次逆相变滞后,逆相变温度升高.但马氏体稳定化现象在经过一次完全相变循环后消失,且马氏体相变温度降低.变形引起TiNi合金薄膜相变行为的变化与马氏体变体储存的弹性应变能和相变不可逆能变化相关.     

热处理对TiNi形状记忆合金回复稳定性能的影响

研究了热处理对TiNi合金回复稳定性能的影响。结果表明,马氏体相变温度Msσ和Mfσ随热机械循环次数增加而上升,而马氏体逆相变温度Asσ和Afσ随热机械循环次数的增加而下降。随着热机械循环次数的增加,相变温度逐步稳定。退火温度小于500℃,热机械循环下TiNi合金的回复性能稳定,退火温度达550℃时,TiNi合金组织长大,应力诱发马氏体变形时容易发生滑移,回复应变随热机械循环次数增加而下降,回复稳定性能变差。     

应力诱发马氏体相变对TiNi形状记忆合金疲劳过程影响的原位实验观察

利用长距离显微镜（QRMS）对经过精细抛光的试样表面进行观察，原位研究了TiNi形状记忆合金中应力诱发马氏体相变（SIMT）和逆相变对疲劳行为的影响。，包括对应力－应变响应和疲劳裂纹萌生和裂纹扩展规律的影响，并与普通金属的疲劳行为进行了对比。结果表明：TiNi形状记忆合金可逆的应力诱发马氏体相变有利于改善疲劳性能，然而也正是反复发生的SIMT引起 的滑移导致了疲劳裂纹的萌生。此外，在实验中还观察到若干反常的疲劳行为，如恒△K加载时裂纹扩展速率对裂纹长度的依赖性，裂纹扩展时的分叉以及疲劳试样表面出现的大量二次裂纹等现象。     

预置填充稀土激光焊接对TiNi形状记忆合金功能性的影响

采用Nd-YAG连续激光器对2 mm厚Ti-Ni50.9at%形状记忆合金进行焊缝预置填充材料激光焊接,预置填充材料是通过熔炼方法制备的添加2%(质量分数)稀土元素La和Ce的与母材同等原子比的TiNi合金.对形状记忆合金母材及焊缝(无填充稀土与填充稀土)的马氏体相变行为、机械性及超弹性进行了对比研究.利用差热分析仪(DSC)测试焊缝及母材的马氏体相变及温度;通过应力-应变拉伸测试母材及焊缝的机械性能及超弹性.结果表明:由于填充稀土,使TiNi形状记忆合金马氏体相变温度Ms和终了温度Mf提高,同时使马氏体向奥氏体转变的起始温度As和终了温度Af提高,奥氏体的相变区间缩小:填充稀土焊接接头的抗拉强度比无填充稀土焊接接头有明显提高,填充稀土焊接接头试样断裂前可以承受比母材更大的变形;填充稀土激光焊缝呈现较好的超弹性.     

形变对Ti44Ni47Nb9宽滞后形状记忆合金应力诱发马氏体相变行为的影响

采用差示扫描量热仪(DSC)系统研究了在(M8 30℃)温度下拉伸形变对Ti44Ni47Nb9形状记忆合金应力诱发马氏体(SIM)相变行为的影响．DSC测量表明，SIM相变为一微观不均匀过程，当形变量达到约14％时，SIM相变过程结束．在形变试样的第一次加热过程中，SIM的逆转变开始温度A′s和相变潜热均随着形变量的增加先增加后略有降低；而逆转变温度间隔随着形变量的增加略有增加，但和热诱发马氏体相比，SIM的逆转变温度间隔明显变窄．此宽滞后现象为一次性效应．在随后加热循环中的相变潜热、第一次冷却过程中马氏体相变开始温度以及第二次加热过程中逆转变开始温度均随着形变的增加而缓慢降低．     

TiNi及TiNiCu形状记忆合金的回复力特征

研究了TiNi二元与TiNiCu三元形状记忆合金的回复力特征,并通过示差扫描量热分析研究了合金的热弹性马氏体相变特征.结果表明:二元与三元合金在一定温度范围内的最大回复力随着预应变的增大而升高,但是当预应变达到或超过其最大可恢复变形极限时最大回复力反而减小.对于TiNi合金,回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而增加,而TiNiCu合金的回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而减小.通过对克劳修斯-克拉珀龙方程进行修正,分析了回复力和相变之间的关系.结果表明:TiNi二元合金的冷变形应变越大,相变温度区间越小,其回复力随温度增长的速率就越大;TiNi三元合金的冷变形越大,相变温度区间越大,其回复力随温度增长的速率就越小.     

几何缺陷对Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆合金超弹性能的影响

对Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆合金试样以及带有几何缺陷(中心圆孔和单边半圆缺口)合金试样的力学性能及超弹性能进行测试,并采用ARAMIS三维变形分析测试系统对单轴加载-卸载过程中试样的全场应变场分布进行实时观察,研究几何缺陷对合金应变场分布、应力诱发马氏体相变和超弹性能的影响。结果表明:在拉伸加载过程中,带几何缺陷的试样在缺陷周围产生了应力集中,导致合金试样在局部具有较高的应变速率和应变量;应力诱发马氏体相变主要受应力场分布的影响,而且主要发生在局部变形带中。因此,与完整试样相比,带几何缺陷的试样表现出较高的诱发马氏体相变的临界应力和较低的超弹性。     

应变速率对TiNi形状记忆合金压缩力学行为的影响

考察了中温时效处理后的Ti-50.9%Ni(摩尔分数)合金在实验温度为20℃,不同应变速率下的轴向压缩应力-应变力学行为.实验结果表明:随着应变速率的增加,合金的应力诱发马氏体相变临界应力逐渐增加,相变平台逐步消失,卸载后的残余应变减小,加载-卸载变形曲线的应力(应变)滞后也减小;在较高加载速率下,合金表现出类线性超弹性变形行为,可获得高达4.5%的类线性超弹性.     

Shape-Memory Intermetallics Development in Taiwan

Ｓｈａｐｅ－ＭｅｍｏｒｙＩｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＴａｉｗａｎＳ．Ｋ．Ｗｕ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＴａｉｗａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＴａｉｐｅｉ，...     

MARTENSITE AND REVERSE TRANSFORMATION IN PRESTRAINED TiNi SHAPE MEMORY ALLOY THIN FILM

The effect of pre-strain on phase transformation of TiNi shape memory alloy film was studied by differential scanning calorimeter measurement (DSC). Compared with un-defarmed TiNi film, the reverse transformation of pre-strained specimens was elevated to a higher temperature on the first heating, but martensite and reverse transformation on subsequent thermal cycles occurred at a lower temperature. The evolution of transformation behavior in pre-strained TiNi film was related to the change of elastic strain energy, irreversible energy and internal stress field.     

TiNi合金约束相变行为研究

研究了预变形TiNi合金应变约束态下的相变行为结果表明：7％应变TiNi合金变形后第1次应变约束相变产生的恢复应力最大，逆相变开始温度．As′最高随着约束相变循环次数的增加，合金中引入大量塑性变形，降低了TiNi合金的恢复应变，进而造成TiNi合金约束相变恢复应力最大值逐渐降低，但约束逆相变开始温度．As′从第2次相变循环开始，几乎恢复到合金变形前的原始值，且不随相变循环次数增加而改变。     

医用钛镍合金表面改性技术的研究进展

近等原子比TiNi形状记忆合金(SMAs)作为植入体具有良好的生物医学应用价值,但合金的腐蚀会产生一些不利影响,同时Ni~+析出会引起细胞和组织的过敏、中毒等反应。因此,TiNi SMAs的生物安全性及其表面改性方法被诸多学者研究。本文就TiNi SMAs表面改性技术进行了综合阐述,并提出未来发展的可能性。目前等离子体注入及沉积复合处理,氧化处理,羟基磷灰石等涂层技术,TiO_2纳米管表面改性方法等能够提高TiNi SMAs的耐蚀及生物相容性。未来纳米技术和生物技术相结合可能创造具有科学和应用价值的新材料。     

超弹性TiNi形状记忆合金棒材力学行为

基于工程振动控制的角度,通过TiNi形状记忆合金棒材在室温条件下的力学性能试验,以相变应力、变形模量、残余应变、耗能能力等作为该合金棒材的力学特征参数,分析了这些特征参数随加载速率、应变幅值、载荷循环等加载工况的变化规律.结果表明:超弹性TiNi形状记忆合金棒材具有良好的耗能能力及阻尼性能,可满足工程结构振动控制的需要.但在工程应用时,应考虑加载速率、应变幅值、载荷循环等因素对TiNi形状记忆合金棒材力学行为的影响,根据具体工况合理设计.     

Super-Elasticity Characteristics of TiNi Alloy Processed by Equal Channel Angular Extrusion

A Ni-rich TiNi alloy was processed by Equal Channel Angular Extrusion (ECAE) at 500℃. After four passes ECAE treatment, microstructure of the alloy was refined but slightly inhomogeneous, to sub-micron scale, approximately 0.5～0.6 μm. Comparing with the solution-treated TiNi specimen, the martensitic transformations start (Ms) and peak temperatures (Mp) of TiNi specimens processed by ECAE were dramatically lowered. After ECAE treatment, the R-phase transformation was stimulated and separated from martensiti...     

TiNi形状记忆合金的力学和电阻特性的同步测量

报道采用新型SMT－1型形状记忆合金特性综合测试仪对Ti-50.9at%Ni合金在拉伸变形,形状记忆回复以及约束应力或约束应变条件下的力学和电阻特性进行同步测试的部分结果,并讨论了其内在物理本质。实验结果表明：拉伸加载过程中的电阻－应变曲线比应力－应变曲线更能揭示应力诱发马氏体相变过程,应力,应变,电阻,温度的同步测量是研究形状记忆合金性能和组织结构变化的简便和有效的工具之一。     

Macroscopic Mechanical Characterization of SMAs Fiber-Reinforced Hybrid Composite Under Uniaxial Loading

This paper presents an experimental and theoretical investigation on the macroscopic mechanical behavior of shape memory alloys (SMAs) fiber-reinforced glass/resin composite subject to uniaxial loading at ambient temperature. A series of unidirectional SMAs reinforced composite laminates is fabricated through vacuum-assisted resin injection. Scanning electron microscopy is conducted to evaluate the interfacial cohesive quality between SMAs fiber and matrix. A theoretical model is proposed based on the SMAs phase transformation model and rule of mixture. Uniaxial tensile tests are performed to study the effects of weak interface and SMAs fiber volume fraction on the effective modulus of composite. Failure morphology of composite is discussed based on the observation using digital HF microscope. Due to the effects of phase transformation and weak interface, the overall stiffness of SMAs composite at the second stage is on average 10% lower than theoretical results. The rupture elongation of experimental result is approximately 13% higher than theoretical result. The local interfacial debonding between SMAs fiber and glass/resin matrix is the main failure mode.     

双剪切试样的应力应变分析及其在镍基单晶超合金上的应用

双剪切试样是设计用于研究镍基单晶超合金的蠕变问题。本文研究该试样详细的蠕变应力和应变分布以及边界条件的影响。计算结果表明,利用ABAOUS和RIGID SURFACE作为边界的初步分析是保定的,因为它只能保证在10％蠕变应变内的精确性。利用更真实的边界条件（ABAQUS中的CONTACT PAIR）,能给出更均匀和更高应变时的精确性。建立了材料蠕变性能参数（Norton律）和双剪切试样宏观响应的关系,使得能够利用双剪切试样试验来确定材料蠕变性能参数,并已给出了相应的公式。本文利用镍基单晶超合金的试验数据对镍基单晶超合金双剪切试样进行分析,并与试验结果进行对比,结果相当一致。     

A Two-Way Shape Memory Study on Ni-Rich NiTi Shape Memory Alloy by Combination of the All-Round Treatment and the R-Phase Transformation

Ni₄Ti₃ precipitates are formed in Ni-rich NiTi shape memory alloys (SMAs) after a certain heat treatment. Such a treatment then results in the changed phase transformation behavior of the alloy switching from the one-step reversible phase change B2 ? B19′ to the two-step, B2 ? R ? B19′, phase change. The present study reports a two-way shape memory (TWSM) due to an all-round treatment followed by an R-phase constraint aging at room temperature. The enhanced TWSM behavior was observed upon temperature cycling between 273 K (R-phase) and 77 K (B19′ phase). The effect of various constraint strains in R-phase aging by employing different diameters of the constraint ring was studied. However, the TWSM effect due to constraining the R-phase will be eliminated after a temperature rise of specimen to the fully parent phase (373 K).