NiTi-W原位复合材料的马氏体相变与性能

为获得高性能NiTi基记忆合金复合材料,通过熔炼、锻造、拔丝等手段获得一种NiTi-W原位复合材料。利用SEM扫描电镜观察材料显微组织;DSC测试材料的马氏体相变行为;利用WDT II-20万能拉伸试验机测试材料的力学性能。SEM分析结果显示,拔丝加工使W纤维直径细化至几微米,甚至亚微米级别,在NiTi基体中沿拔丝方向一致排布。DSC测试结果显示,材料经不同温度退火后展现出复杂的可逆马氏体相变行为,在某些升、降温曲线上出现多个吸放热峰现象。拉伸测试结果显示,600 ℃退火样品经适当的预拉伸变形后,屈服强度会大大增加,由~200 MPa提升到~800 MPa,断裂应力超过1 GPa,断裂应变高达40%,材料展现出优秀的线性超弹性,是一种集高强度、高塑性、高线性超弹性于一身的高性能材料。     

Ni-Mn-Ga-Fe铁磁纤维的马氏体相变和超弹性

通过熔体抽拉法制备直径在40~50μm、长度5~10cm的多晶Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并进行步进式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜对其微结构进行了表征,利用差示扫描量热仪、磁学性质测量系统和动态机械拉伸仪测试了其相变行为和超弹性性能。结果表明,与制备态纤维相比,热处理后原子有序度显著提高,孪晶界更为平直、清晰,并获得了近完全超弹性,应变恢复率得到明显提高。第四元素Fe是调控马氏体相变温度的主要因素,磁场并未引起相变温度的移位,综合分析阐明了有序化热处理对微结构、超弹性的影响机制以及相变的影响因素。     

Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn-1.6Si合金的显微组织及超弹性行为

用真空电弧熔炼法制备Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn-1.6Si(原子分数,%)合金,在800℃对合金进行了热压处理(变形量50%),然后在700℃对合金进行固溶处理20 min,对其显微组织和超弹性性能进行了研究。该合金显微组织由β相和少量α″相组成,在β相基体中有弥散细小的Ti5Si3颗粒析出。与Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金相比,由于Si的固溶强化和Ti5Si3的弥散强化作用,含1.6at%Si合金的应力诱发马氏体相变临界应力得到提高,使该合金在室温下表现出更好的超弹性。随着预变形量的增加,该合金的超弹性回复率降低。在预变形量为4%条件下,对该合金进行循环"拉伸-卸载"训练,在经过11次循环后,合金的超弹性得到进一步改善。     

Ti-50.8Ni合金的相变、形状记忆和超弹性特性

用热重分析仪、X射线衍射仪、光学显微镜、示差扫描热分析仪和拉伸试验研究了Ti-50.8Ni形状记忆合金的组织、相变、形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)特性。结果表明,Ti-50.8Ni合金在600℃以下退火后组织呈纤维状,在该温度以上退火后组织呈等轴状。加热温度超过600℃后合金氧化加剧。随退火温度Ta升高,合金冷却/加热过程中的相变类型由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型再向A→R/R→A型转变(A—奥氏体,R—R相,M—马氏体),合金的M相变温度升高,R相变温度降低,M相变热滞降低,合金室温特性由SME+SE向SE转变。形变温度Td<20℃时,合金弹簧呈SME+SE,Td>30℃时,合金弹簧呈SE。随Td升高,合金弹簧的应力诱发M应力升高。     

Martensitic transformation and mechanical properties of Ti-rich Ti-Ni-Cu melt-spun ribbon

Martensitic transformation, mechanical and thermomechanical properties of a Ti-rich Ti₅₂Ni₂₃Cu₂₅ melt spun ribbon annealed at a temperature below the crystallization temperature were studied by XRD, DSC and DMA. After annealing the initially amorphous ribbon at 400 °C for 10 h, the ribbon is fully crystallized and exhibits one-stage B2?B19 phase transformation with the temperature hysteresis of 14 °C. The annealed ribbon is composed of B2, B19 and B11-TiCu phase with (001) preferential orientation. On the stress―strain curves, the rearrangement of the martensite variants and stress-induced martensitic transformation are observed below the M_f temperature and above the A_f temperature, respectively. The annealed ribbon exhibits up to 1.6% superelastic shape recovery with small stress hysteresis of 25 MPa. No flat stress-plateau is associated with the superelasticity. The annealed ribbon shows a well-defined shape memory effect during thermal cycling from ?60 to 100 °C. The transformation strain and recovery strain increase with increasing the applied external stress. Under the external stress above 150 MPa, the shape recovery strain is not sensitive to it and keeps stable at about 1.74%.     

Co对Ti-Ni形状记忆合金相变和形变特性的影响

用热重分析仪、X射线衍射仪、示差扫描量热仪及拉伸试验研究了Co对Ti-49.8Ni(at%,下同)形状记忆合金相变和形变特性的影响。结果表明,中温退火态Ti-49.8Ni合金冷却/加热时的相变类型为A→R→M/M→A(A—母相,R—R相,M—马氏体相);随退火温度升高,该合金的马氏体相变温度升高,R相变温度先升高后降低;该合金室温相组成为马氏体,具有形状记忆效应(SME)。用1%Co置换等量Ti后所得Ti-49.8Ni-1Co合金冷却/加热时的相变类型为A→R→M/M→R→A,相变温度低,室温组成相为母相A,具有超弹性(SE)特性。退火温度低于600℃时,Ti-Ni基合金的SME和SE特性良好,退火温度超过600℃后,合金氧化加剧,SME和SE特性变差,塑性显著提高。     

退火时间对冷轧态Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2合金显微组织及其超弹性的影响

用水冷铜模吸铸法制备Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2(at%,下同)合金,将合金在室温下进行了冷轧(变形量为80%),然后在973 K,不同保温时间下对合金进行了退火。研究了退火时间对合金显微组织及其超弹性的影响。结果表明,冷轧后得到了晶粒细长的变形组织,该组织在973 K下固溶处理后发生了再结晶,形成了细小的等轴晶粒组织。冷轧后的合金组织主要由β相以及少量的α′′相组成,而固溶后的合金组织主要由β相以及少量的α相和α′′相组成。随着固溶时间延长,合金的晶粒尺寸逐渐增大。固溶处理后的合金在室温下表现出超弹性,其马氏体诱发临界应力σSIM与晶粒尺寸的关系满足Hall-Petch方程。因此,减小合金晶粒尺寸,可有效提高合金的超弹性性能。     

形状记忆合金丝加固古塔墙体抗震性能试验研究

针对砖石古塔墙体抗震性能差的问题,提出采用形状记忆合金丝(SMA丝)对古塔墙体进行抗震加固的新技术。为研究其加固效果,对SMA丝进行了力学性能测试,分析应变幅值对其耗能的影响,并通过SMA丝加卸载训练使其保持稳定的完全超弹性状态;通过2片SMA丝加固古塔墙体模型(1片完好墙体和1片损伤墙体)和1片未加固古塔墙体模型的拟静力试验,研究SMA丝加固对古塔墙体破坏形态、滞回性能、承载力、变形能力、刚度退化规律、延性及耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明：采用SMA丝加固古塔墙体虽未改变墙体的破坏模式,但在一定程度上可改善其脆性破坏,显著提高墙体的承载力和耗能能力,有效限制墙体的剪切变形,延缓墙体的开裂和刚度退化;与未加固墙体相比,SMA丝加固墙体的承载力和极限位移分别提高了16.91%和22.65%,SMA丝加固损伤墙体的承载力和变形能力甚至超过了完好墙体,但其弹性段和开裂段刚度和承载力明显低于完好墙体。     

Ti-22Nb-6Zr(at%)合金的超弹性和形状记忆效应

用弯曲法和拉伸法测定Ti-22Nb-6Zr（at％）合金的超弹性和形状记忆效应，研究固溶处理温度对Ti-22Nb-6Zr合金组织结构及性能的影响。结果表明：固溶处理后Ti-22Nb-6Zr合金的室温组织为单一的β相，晶粒尺寸随固溶处理温度升高而增大；合金的静态弹性模量小于30GPa；Ti-22Nb-6Zr合金具有良好的超弹性和一定的形状记忆效应。室温下变形，合金的超弹性和形状记忆效应随固溶处理温度升高而提高。900℃固溶处理后的合金在室温下拉伸变形，应变为5％时，总的最大回复应变达4．12％，其中超弹性回复应变为3．91％，记忆回复应变为0.21％。     

Shape memory alloy film damping for smart miniature systems

This paper presents a dynamic analysis of the free and forced vibration of a free-standing bridge of superelastic shape memory alloy TiNiCuCo film with ultra-low fatigue properties and evaluates its versatility for novel miniature scale damping applications. A thermodynamics-based finite element model is used to simulate the evolution of martensite phase fraction during load-induced martensitic phase transformation. The effects of pre-strain, strain rate and excitation load on the hysteresis of stress-strain characteristics are investigated in order to assess damping energies. The analysis is performed under non-isothermal conditions taking into account heat transfer and rate-dependence of release and absorption of latent heat. We show that damping energy can be maximized by applying an optimum pre-strain. A maximum damping capacity of 0.17 is determined for the case of complete stress-strain hysteresis loop during phase transformation.