多晶NiTi形状记忆合金中原位应力诱发马氏体相变的研究

称为神奇金属的NiTi形状记忆合金由于具有超弹性和形状记忆效应两个优异的性质而广泛地应用于航空航天、工业、生物医学及日常生活当中。这两个优异性质的物理本质是NiTi形状记忆合金中发生的无扩散型可逆马氏体相变。现在被广泛应用的NiTi合金几乎全部具有多晶结构。其力学性能与NiTi的微观结构有着十分密切的联系。因此从微观角度来研究NiTi合金的马氏体相变行为，对于理解NiTi合金的宏观力学性能。提高其性能有着十分重要的意义。本文用扫描电子显微镜（SEM）上配备的背散射电子衍射（EBSD）仪，原位观测到了多晶NiTi形状记忆合金中的应力诱发马氏体相变，研究了在不同应力状态下NiTi记忆合金中应力诱发马氏体相变的行为，揭示了NiTi记忆合金中应力诱发马氏体相变的微观机制。     

应力作用下Ti2448合金单晶微观结构演变的透射电子显微学研究CSCD

利用透射电镜原位拉伸技术研究了Ti2448单晶合金微观结构的演变,观察到应力诱发β→α″马氏体相变与应力诱发β→ω相变。严重塑性变形后裂纹附近α″马氏体相晶粒尺寸为几～几十纳米,弥散地分布在β基体上。在应力加载状态下应力诱发的ω相呈现几个纳米大小的两个变体。原位塑性变形过程中观察到的纳米尺度moiré条纹区域是由均匀形核的位错所形成。     

Ni-Ti合金中热循环产生的位错

Ni—Ti形状记忆合金在使用过程中经受着相变热循环或应力加相变热循环的作用;已发现热循环导致产生高密度的位错,并且伴随着Ms点的降低。因而,这些位错的性质、产生的机制及其在马氏体转变中的作用成为人们关切的研究课题。本工作用透射电子显微术详细地研究了50.5at％Ni—Ti合金热循环过程中产生的位错的组态和性质。用“g·     

纳米尺寸NiTi多晶微带中马氏体相变的原位透射电子显微镜研究

纳米尺寸NiTi合金中的马氏体相变行为决定了其在微纳尺度的应用。利用透射电镜(TEM)对拉伸变形NiTi微带中的马氏体相变行为进行了原位研究。发现当应变达到0.9%时,马氏体首先在取向择优的晶粒内形核、长大和扩展。继续拉伸样品至断裂(应变为5.2%),相邻取向不择优的晶粒内没有观察到马氏体形核。由于NiTi微带包含不容易发生马氏体相变的晶粒,且发生相变的晶粒内应力集中,导致其断裂应变远小于块体样品的断裂应变。实验结果说明当将NiTi合金应用于微纳尺度时需充分考虑纳米尺寸材料中的马氏体相变行为及其力学性能的影响。     

电脉冲下Ti-6Al-4V合金中的升温马氏体相变

快速冷却引发的马氏体转变发生在包括钢在内的多种材料中 ,如金属、非金属、陶瓷、矿物等。迄今为止 ,虽然一些形状记忆材料在加热时会发生逆马氏体相变 ,然而大部分马氏体转变都发生在快速冷却过程中。但从原则上讲 ,只要加热速度足够高以致于可以抑制与原子扩散运动相关联的相转变发生 ,材料也可以在快速加热过程中实现无扩散型的马氏体相变。近年来 ,高密度电脉冲处理手段受到人们的关注。在本研究工作中 ,我们通过高密度电脉冲处理 (加热速率超过 10 6Ks-1) ,在传统的Ti 6Al 4V合金中实现了升温过程中α Ti相向 β Ti相的无扩散型转…     

考虑固态相变的激光熔覆成形应力场有限元分析

为了研究固态相变对马氏体钢激光熔覆成形过程应力演化的影响,建立了考虑降温过程马氏体相变的热-力耦合激光单道熔覆及多层多道堆积有限元模型。在实测材料物性参数的基础上,对单道熔覆及多层多道堆积应力演化进行了有限元分析。分析结果表明,马氏体相变对应力场演化影响显著,同只考虑热-力耦合的模型计算结果相比,考虑固态相变的情况下,有限元结果同实验值比较吻合,残余应力水平显著降低,且分布规律明显不同。     

合金铸铁光束相变硬化层的组织和硬度

采用５ｋＷ光束加热设备对珠光体合金灰铸铁进行了表面相变硬化处理。研究了相变层的组织和硬度特征,以及光束能量参数对相变层组织和硬度的影响规律。实验结果表明,合金铸铁光束表面相变硬化层由与基材相邻的不完全相变区及表面完全相变区组成。完全相变区的组织是马氏体,随能量密度提高马氏体针片尺寸增加,硬度降低。不完全相变区是残余珠光体与托氏体型珠光体的混合组织,其硬度较完全相变区显著下降。采用光束相变硬化处理可在灰铸铁表面获得深度 ０．２ｍｍ以上,硬度近 ９００ｋｇ／ｍｍ２的强化层。     

工件形状对激光相变硬化温度场和应力场的影响

利用Sysweld有限元软件建立三维有限元模型,采用三维高斯热源,考虑材料热物性能随温度的变化,对平板和回转体内壁进行了激光相变硬化数值模拟。分析了温度场、残余应力以及马氏体分布的异同,研究了工件形状对激光相变硬化温度场和残余应力的影响规律。结果表明,在表层方向上,平板模型和回转体内壁模型的热循环相似;截面方向上,内壁模型峰值温度高于平板模型。处理后相变区组织均主要以马氏体为主,其体积分数约为90%。相变区边缘及热影响区产生残余拉应力,相变区存在残余压应力;与内壁模型相比,平板模型相变区中心残余压应力数值较大。     

高锰钢切变型动态相变过程的EBSD分析

形变作用下的切变型相变(如TRIP过程)具有显著的取向依赖性、变体选择规律及织构效应。高锰钢中存在热致马氏体和应变诱导马氏体及γ→ε→α'顺序产生两种马氏体过程,使组织演变过程十分复杂。EBSD取向成像技术可十分便捷地定量揭示相变过程信息,为认识切变型动态相变提供重要数据。本文总结了利用EBSD技术揭示高锰钢单向拉伸、压缩时马氏体相变的取向关系识别、取向依赖性、变体选择规律、织构效应和奥氏体状态的影响及逆相变特点,表明EBSD技术研究马氏体相变的优势。EBSD数据分析认为,取向依赖性、变体选择规律及织构效应是动态转变的共性规律。     

高锰钢压缩过程马氏体取向变化及奥氏体取向对马氏体相变影响的研究

%X 利用EBSD技术分析了两种高锰钢压缩变形下马氏体相变的特点。初步结果表明,奥氏体晶粒取向对马氏体转变有影响,压缩时{110}γ取向的奥氏体容易发生马氏体相变;ε-M、α′-M两种马氏体内存在较多相变变体遗传下来的特殊取向差,还有形变造成的ε-M中产生新的变体或特殊取向差及α′-M内因滑移造成小的取向差;BCC的α′-M内因滑移造成的取向差比HCP的ε-M大。     

激光除锈的显微分析

激光除锈钢基不会明显烧伤。虽在钢基表层产生了一层单一的淬火马氏体组织,但相变应力松驰,不会导致钢基表层形成微裂纹。     

锰铜系高阻尼合金中调幅分解的电子显微研究

锰铜合金以其优异的高阻尼性能而引起重视。近廿年来对其高阻尼机理进行了不少研究,但大都集中在含锰80％以上的高锰区,提出了反铁磁有序导致f.c.c→f.c.t马氏体相变以及马氏体内部微孪晶是产生内耗的原因。工业应用的高阻尼合金含锰量一般在40～60％,经时效后同样能获得高阻尼性能,对这类合金的微观机理研究得较少。Vitek曾经推测Mn—Cu相图中存在互溶间隙区,高阻尼性能可能来自富锰相的马氏体转变,但未有显微分析方面的证实。     

低碳马氏体板条间的薄膜状残余奥氏体

板条马氏体间薄膜状的残余奥氏体,可以使裂纹钝化、分叉或转向,可以在裂纹前缘产生马氏体转变并形成有益的压应力,使断裂韧性、冲击韧性与疲劳性能改善。在几种低碳的合金钢中已报导存在板条间薄膜状残余奥氏体。本文通过明场暗场象与电子衍射班点的标定,确定正常奥氏体化温度淬火的铁碳(20钢,M_s430℃)、低合金(15MnB,Ms410℃;18CrMnTi,Ms346℃)与中合金(18Cr_2Ni_4W,Ms315℃;25SiMn_2CrNiMoV,Ms260℃)低碳钢中,均存在10~2—10~3A厚的板条间残余奥氏体(见图),每秒钟降温11280℃的高速淬火与淬火后液氮中放置七个月,并未改变上述低碳钢中板条间薄膜状残余奥氏体的形态与存在。试验表明,低碳马氏体中板条间薄膜状残余奥氏体的形成与工艺条件及化学成份无关,应取决于相变时碳原子偏聚、旋转边界或不相关的成核核长等低碳马氏体特有的相变特点。本文认为,板条间薄膜形式存在是低碳马氏体中残余奥氏体的普遍形态。在一定条件下淬火态低碳马氏体具有高的断裂韧性、冲击韧性与疲劳裂纹扩展抗力,板条间薄膜状残余奥氏体的存在是重要原因之一。     

掺杂元素对Ni-Mn-Ga合金结构与性能的影响

Ni-Mn-Ga合金是一种新型的智能材料,兼具铁磁性和形状记忆效应的双重优点,以对磁场的快速响应和大的宏观可恢复应变的特点有望成为传感器和驱动器的候选材料.通过掺入金属元素可以弥补该合金马氏体相变温度低,脆性大的不足.综述了掺杂元素对合金结构、相变温度、力学性能、形状记忆效应的影响,并提出了需要深入研究的问题.     

TiNi合金相变的原位观察

本文利用透射电镜原位观察研究ＴｉＮｉ合金中的相变。研究表明，ＴｉＮｉ合金中电子衍射谱上的漫散射条纹的出现是由于具有＜１１１＞极化的声子模软化，经张应有利于Ｒ相及马氏体相形核有关的软模。     

关于Cu－Zn－Al贝氏体相变的阶段性──亚结构与体转变激活能

从Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金相变产物的形貌与亚结构的特征着手分析了贝氏体相变的阶段性。测定了贝氏体相变阶段的体转变激活能并讨论了贝氏体相变的性质。     

关于Cu—Zn—Al贝氏体相变的阶段性—亚结构与体转变激活能

从Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金相变产物的形貌与亚结构的特征着手分析了贝氏体相变的阶段性。测定了贝氏体相变阶段的体转变激活能并讨论了贝氏体相变的性质。     

5CrNi4Mo模具钢选区激光熔化增材制造组织演变及力学性能研究

利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5Cr Ni4Mo模具钢试件,研究了激光成形5Cr Ni4Mo模具钢的相变过程及其机制,分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明:过高的η(387.5 J/m)引起球化效应,使得成形件内部含有残留孔隙,成形致密度降低;过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低,成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m时,成形试件加工缺陷减少,成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变;原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性,降低马氏体临界冷却速度,从而确保了马氏体转变的顺利进行;随着η的降低,马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m,成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10~(-5)mm~3/(N·m)]。     

激光选区熔化Ti-1023合金微观组织及力学性能研究

采用真空电弧熔炼（VAM）和激光选区熔化（SLM）技术制备了Ti-1023合金试样，并对其组织性能进行了测试分析。结果表明：SLM快速冷却条件抑制了β→α的相变过程，形成了全β相组织，而VAM试样由α+β双相组织构成。虽然SLM样品缺少高硬度α相，但快速冷却条件带来的高密度位错阻碍了位错运动，使得其屈服强度与VAM试样相近。α/β相界面会阻碍位错滑移，从而导致塑性降低，而SLM试样全β相组织可避免α/β界面的产生，并在变形中产生了应力诱导马氏体相变，使得断裂延伸率提升至VAM试样的5倍以上。     

激光冲击处理不锈钢及镍基合金后表面力学性能的研究

利用激光冲击强化技术分别对奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti和镍基高温合金 GH30进行了表面强化处理 ,观察了激光表面强化处理后 1Cr18Ni9Ti和 GH30显微组织与结构的变化 ,测定了1Cr18Ni9Ti和 GH30的显微硬度和残余应力 .结果表明 ,激光表面强化处理后的 1Cr18Ni9Ti和GH30冲击区微观结构中出现很高的位错密度和大量的孪晶 ,冲击区的显微硬度得到较大提高 ,冲击区表面获得了较高的残余压应力 . 1Cr18Ni9Ti冲击区还发生了形变诱发马氏体相变 .