富镍镨掺杂镍钛形状记忆合金的微结构、相变特性与硬度

采用真空熔炼法向NiTi二元合金中掺杂Pr稀土元素,制备了多组分原子分数的Ni₅₀Ti_50-xPr_x（x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9）合金。研究了Pr元素的添加对NiTi合金金相组织、相变温度和硬度的影响。结果表明,Ni₅₀Ti_50-xPr_x合金由NiTi基体与NiPr夹杂相组成,其中Ni₅₀Ti_49.5Pr_0.5合金的马氏体相变温度达73 ℃,合金的热滞窄至37 ℃,维氏硬度约为2850 MPa。Pr元素的添加显著降低了NiTi合金的马氏体相变温度,同时,与其他NiTi基合金相比,NiTiPr合金保持了较窄的热滞和较高的硬度。     

Fe的添加对NiTi形状记忆合金相变行为的影响（英文）

制备了三种名义成分分别为Ni_(50)Ti_(50)、Ni_(49)Ti_(49)Fe2和Ni45Ti51.8Fe3.2(摩尔分数,%)的不同NiTi基合金来揭示Fe的添加对NiTi形状记忆合金相变行为的影响。采用光学显微分析法、透射电子显微分析法、X射线衍射和差示扫描量热法对这些合金的组织和相变行为进行分析。结果表明,Ni_(50)Ti_(50)合金的基体由B19′马氏体相和B2奥氏体相组成。而且,在B19′相中可以观察到孪晶亚结构。然而,三元NiTi Fe合金的组织则为B2奥氏体相。这两种合金的基体中弥散分布着大量的Ti2Ni沉淀相。NiTi形状记忆合金中添加Fe后导致三元合金的相变温度下降。由机理分析可以得到如下结论:这一现象主要是由原子的弛豫引起的,弛豫会导致相变过程中B2相的稳定化。     

Ni_(49)Ti_(51-x)Zr_x合金冷轧板相变温度及记忆性能研究

系统地研究了Ni_(49)Ti_(51-x)Zr_x合金冷轧板的相变温度及记忆性能。随着Zr含量的增加,Ni_(49)Ti_(51-x)Zr_x合金铸锭相变温度Af升高,在15%Zr(原子分数)时达到228℃,Mf先降低后升高。Ni_(49)Ti_(51-x)Zr_x合金板材的硬度随冷轧变形量增加而增加,随退火温度升高而降低。对于Ni_(49)Ti_(51-x)Zr_x合金25%冷轧变形量板材,随退火温度升高,锆的原子分数低于5%时合金板材的Af先降低再升高,Ni_(49)Ti_(41)Zr_(10)、Ni_(49)Ti_(36)Zr_(15)合金板材Af持续升高。随退火温度升高,冷轧板材记忆恢复应变先升高后降低,在500℃时具有最高值,双程可恢复应变升高;随Zr含量增加,可恢复应变降低,双程记忆恢复应变减小。     

Ni45Co5Mn37In13-xGdx磁性形状记忆合金的马氏体相变和力学性能

研究了稀土Gd部分替代In对Ni_(45)Co_5Mn_(37)In_(13-x)Gd_x(0≤x≤2)磁性形状记忆合金的显微组织、相变和力学性能的影响。结果表明,随着Gd含量的增加,合金的晶粒尺寸逐渐减小,马氏体相变温度明显升高,马氏体的结构从单斜的14M转变为四方非调制的L1_0结构;在含Gd成分较高的合金中观察到了一些富Gd析出物,在Ni_(45)Co_5Mn_(37)In_(13-x)Gd_x合金中观察到了一步热弹性马氏体相变。适量的添加Gd元素能显著提高Ni-Co-Mn-In合金的力学性能。     

NiTi形状记忆合金的相变温度滞后

用透射电镜、正电子湮没和电阻测量,研究了NiTi形状记忆合金的组织结构与相变滞后的关系结果表明,经不同制度时效处理的组织,其相变温度滞后大小的顺序是:片状马氏体>R相>束状马氏体。Ti_(11)Ni_(14)相质点周围的共格应力场对这些相的可逆转变起障碍作用。正电子湮没Doppler展宽能谱S参数值与试样的温度滞后值之间存在线性关系,从而确认Ti_(11)Ni_(14)相析出的错配位错密度及由此而建立的晶体中弹性应力场分布是决定NiTi合金相变温度滞后的主要因素。     

冷轧加工纳米结构Ti_(50)Ni_(48)Co_2形状记忆合金的超弹性行为（英文）

研究冷轧后退火对Ti_(50)Ni_(48)Co_2形状记忆合金显微组织演化和超弹性性能的影响。结果表明,在冷轧制过程中,合金的显微组织经历了应力诱导马氏体相变和马氏体塑性变形、变形孪晶、马氏体中沿孪晶和不同晶界的位错堆积、纳米晶化、非晶化以及马氏体向奥氏体的可逆相变6个基本阶段。在400℃退火1 h后,冷轧样品中形成的非晶相完全晶化,生成了一个完全纳米晶体的结构。这种纳米晶体合金的峰应力高达730 MPa,明显高于粗晶Ni_(50)Ti_(50)和Ti_(50)Ni_(48)Co_2合金。而且,纳米晶Ti_(50)Ni_(48)Co_2合金具有较高的阻尼容量和较好的储能效率。     

合金成分对NiTi-Al基合金显微组织的影响

研究了不同Al含量和Ni/(Ti+Al)原子比对NiTi-Al基合金显微组织的影响。结果表明:在Ni_(50)Ti_(50-x)Al_x(x=0,5,7和9)合金体系中,当Al≤7 at%时,合金的微观组织并未发生明显的变化,均由NiTi基体相和分布于晶界处的Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织构成,而在Al含量升高至9 at%时,Ni_2TiAl相则会作为初生相析出。在Ni_(50-y)Ti_(43+y)Al_7(y=-2,-1,0和2)合金体系中,随着Ni元素含量的增加,Ti_2Ni相的体积分数逐渐降低,但当Ni≥51 at%时,Ti_2Ni相的体积分数基本保持一致,同时Ti_2Ni+NiTi非规则共晶组织消失,Ti_2Ni相以短条状或点状形态分布在晶界处。此外,NiTi-Al基合金在经过1200℃×12 h固溶和850℃×10 h时效的热处理之后,会在基体上均析出了大量的Ni_2TiAl相,但随着Ni元素含量的增加,Ni_2TiAl相的组织稳定性显著降低,并且晶界处的Ni_2TiAl相先于晶内的Ni_2TiAl相失去与基体之间的共格关系。综合考虑,Ni_(50)Ti_(43)Al_7合金有着较低的Ti_2Ni相体积分数以及优异的Ni_2TiAl相高温稳定性,是进一步研究NiTi-Al基合金组织与性能的适宜对象。     

Pr掺杂NiTi形状记忆合金的微观结构与相变特性

采用真空熔炼法向NiTi二元合金中掺杂稀土 Pr元素,制备了多组分的Ni50Ti50-xPrx(x = 0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9)合金.采用扫描电镜、X射线衍射仪以及能谱仪等研究了合金的微观结构和物相组成,采用差示扫描量热法测量了合金的相变温度.结果表明:添加稀土元素Pr的NiTiPr合金的组织由Ni...     

Fe替代Ni对Ni-Mn-Sn磁性形状记忆合金结构、马氏体相变以及力学性能的影响（英文）

在Ni_(50-x)Fe_xMn_(38)Sn_(12)x=0,3%,摩尔分数)铁磁形状记忆合金中,通过Fe元素掺杂部分替代Ni元素,对其结构、马氏体相变以及力学性能的影响进行研究。结果表明,在室温附近通过Fe替代Ni,改变了合金的微观组织以及晶体结构,同时马氏体相变温度下降了32.5 K。马氏体相变所跨越的温度区间为288.9～352.2 K。研究发现,通过掺杂Fe元素可以显著提高Ni-Mn-Sn合金的力学性能。Ni_(47)Fe_3Mn_(38)Sn_(12)合金在11%断裂应变时展现出最大的压缩强度855 MPa。另外,揭示了改善力学性能的机制。通过掺杂Fe元素改变了Ni_(50)Mn_(38)Sn_(12)合金晶粒间的断裂方式,使其从沿晶断裂转变为Ni_(47)Fe_3Mn_(38)Sn_(12)合金的穿晶解理断裂。     

Ni50Ti30Zr20与Ni50Ti50合金摩擦磨损性能对比研究

目的以Ni_(50)Ti_(50)合金为参照物,研究Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的摩擦磨损性能。方法采用非自耗真空电弧熔炼炉炼制Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金,在合金铸锭上切取样品,以Ni_(50)Ti_(50)合金为对比样品,通过能谱测试(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度(HV)测试、摩擦磨损测试、扫描电镜测试(SEM)和3D形貌测试,分别评价Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金与Ni_(50)Ti_(50)合金的成分、相组成、显微硬度、耐磨性、磨痕形貌和磨损体积。结果XRD结果显示,Ni_(50)Ti_(50)和Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金室温分别由B2奥氏体和B19’马氏体相组成。显微硬度测试结果表明,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)和Ni_(50)Ti_(50)合金的显微硬度值分别为(381.64±7.32)HV和(230.58±6.74)HV。从形貌图可以看出,两种合金磨损后,磨痕形貌主要由剥层组成。从磨痕能谱分析得出,摩擦实验后,样品表面O和Si元素含量明显增加。根据摩擦系数曲线和磨痕三维形貌图发现,同样载荷下,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的摩擦系数和磨损体积均小于Ni_(50)Ti_(50)合金,在载荷为20 N时,Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的磨损体积为0.078 mm~3,Ni_(50)Ti_(50)合金的磨损体积为0.084 mm~3。结论Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)与Ni_(50)Ti_(50)合金的磨损机制均为疲劳磨损,两种合金在摩擦实验过程中均会发生氧化,同时磨球会有部分剥落到合金磨痕剥层中。Ni_(50)Ti_(30)Zr_(20)合金的耐磨性优于Ni_(50)Ti_(50)合金。     

TiNi和TiNiCu记忆合金可逆应变能与温度的经验关系

在实验基础上研究了Ti_(50)Ni_(50),Ti_(50)Ni_(45)Cu_2)和Ti_(50)Ni_(45)Cu_5的可逆形状记忆效应,得到可逆应变能U_r与温度的经验关系: U_r=U_0[1-exp(-mT_R~N)] 式中,n是形状一温度敏感指数,m是与材料特性有关的常数.移植Johnson-Mehl-Avrami描述相变-时间关系的唯象方法,得到与可逆形状记忆效应相伴随的热弹性马氏体相变与温度的半定量关系,且与上述经验关系对应.     

热处理和热循环对Ru-49Ta高温形状记忆合金马氏体相变行为的影响

用示差扫描热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)和光学显微镜系统研究了热处理和热循环对Ru-49Ta高温形状记忆合金马氏体相变行为的影响。结果表明：Ru-49T8合金的Ms(马氏体相变开始温度)和Af(马氏体逆相变结束温度)分别为1065℃和1085℃，相变温度范围(Ms-Mf)为15℃，相变热滞和相变热比较小，分别为22℃和2J／g。热处理对Ru-49Ta合金马氏体相变行为影响不大，该合金的马氏体相稳定性良好，不存在时效效应，相变方式为孪生。热循环对Ru-49Ta合金马氏体相变温度和热滞影响不大，随热循环的进行，相变热有所减少。     

退火温度对等径角挤压处理Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金马氏体相变的影响（英文）

利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微观察(TEM)与差示扫描量热分析(DSC)研究退火处理对等径角挤压Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金马氏体相变行为的影响。经等径角挤压及后续退火处理的Ti_(49.2)Ni_(50.8)合金在室温下由B2母相、Ti_4Ni_2O相与B19′马氏体相组成。冷却过程中试样均表现出B2→R→B19′两步相变。加热过程中,退火温度不超过400°C的试样呈现B19′→R→B2两步相变;退火温度高于500°C的试样呈现B19′→B2一步相变。等径角挤压过程中引入的位错导致R相变的相变区间变宽。     

自由锻Ti-Ni形状记忆合金的显微组织和超弹性（英文）

采用放电等离子烧结(SPS)法将元素钛粉和镍粉制备成Ti-51%Ni形状记忆合金(SMAs)。研究目的是采用自由锻二次加工以提高SPS合金的性能。对自由锻前后合金的显微组织、相变温度和超弹性进行比较。结果表明,自由锻可以显著提高Ti-Ni形状记忆合金的拉伸强度和形状记忆性能,自由锻后合金的韧性从6.8%提高到了9.2%,超弹性的应变范围从5%增加到7.5%,应变恢复速率从72%提高到92%。Ti-51%Ni合金显微组织中含有立方奥氏体相(B2)基体、单斜马氏体相(B19′)、第二相(Ti_3Ni_4,Ti_2Ni和TiNi_3)和氧化物相(Ti_4Ni_2O,Ti_3O_5)。自由锻后再经500°C时效处理的最终样品的马氏体相变温度向高温方向偏移,这是由于Ti_3Ni_4相(透射电镜下可以观察到)的析出而导致基体中Ni含量的减少。总之,自由锻可以提高Ti-51%Ni形状记忆合金的超弹性和力学性能。     

形变热处理制备的纳米晶NiTi形状记忆合金的超弹性行为（英文）

研究冷轧和后续退火形变热处理对Ni_(50)Ti_(50)形状记忆合金超弹性行为的影响。采用铜坩埚真空感应熔炼法制备样品。将成分均匀的样品进行热轧后在900°C退火,然后再进行冷轧,冷轧后样品的厚度有不同程度的减少,最大可达70%。透射电镜检测结果显示严重的冷轧导致Ni_(50)Ti_(50)合金中形成了纳米晶和非晶的复合显微组织。400°C下退火1 h后,冷轧样品中的非晶发生晶化形成纳米晶组织。随着冷轧变形量的增加,在超弹性实验中Ni_(50)Ti_(50)合金的弹性应变增加,变形量为70%的冷轧-退火样品其弹性应变为12%。此外,随着变形量的增加,应力诱导马氏体相变的临界应力提高。值得注意的是,70%变形量的冷轧-退火样品的阻尼容量值为28 J/cm3,明显高于商业NiTi合金。     

热处理对铸态60NiTi合金第二相析出与硬度的影响

利用OM、XRD、SEM、EDS和DSC等分析测试手段研究了不同热处理方式对60NiTi合金中第二相析出,及其对马氏体转变和硬度的影响。结果表明:固溶后水淬处理能显著提高铸态60NiTi合金的硬度,但炉冷处理却显著降低合金的硬度。400℃时效略微降低固溶后水冷合金的硬度,但长时间时效对硬度的影响不大。Ni_3Ti相的大量固溶是固溶水冷处理显著提高铸态合金硬度的原因,而固溶后炉冷合金硬度下降则来源于更多Ni_3Ti相的析出。60NiTi合金的硬度取决于马氏体转变发生的难易程度。     

Al含量和烧结温度对Ti_(50)Ni_(50)与Ti_(47)Ni_(47)Al_6合金耐蚀性的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti_(50)Ni_(50)与Ti_(47)Ni_(47)Al_6合金,通过极化曲线、配备能谱分析的扫描电镜测试手段研究了Al含量和烧结温度对烧结合金耐蚀性的影响。结果表明:1080℃烧结Ti_(50)Ni_(50)合金表现为钝化特征,蚀孔尺寸较小,弥散分布;Al含量为6%时,合金表现为活性溶解,蚀孔尺寸及腐蚀区域面积显著增加,耐蚀性降低;烧结温度提高至1180℃时,合金重新表现为钝化,蚀孔尺寸及腐蚀区域面积显著减小,耐蚀性最佳。     

铸造镍基高温合金中Ni_5Zr的溶解和转变

本文用示差热分析和金相分析相配合的方法,研究了添加Zr的铸造镍基高温合金中Ni_5Zr相的溶解和转变。Ni_5Zr的存在显著地降低合金的初熔温度并诱发(γ γ′)共晶的溶解。在850℃以上高温热暴露时Ni_5Zr发生如下转变: Ni_5Zr γ(C)—→ZrC γ试验结果证明示差热分析技术在高温合金相变研究中是一种有用的工具。     

辊速对激冷贫镍Ti-Ni形状记忆合金薄带组织和相变的影响

为了开发快响应执行器用Ti-Ni形状记忆合金薄带,采用单辊甩带激冷法制备了Ti-(47,48,49) Ni形状记忆合金薄带,用共聚焦激光显微镜、XRD和示差扫描热分析仪,研究了辊速对贫镍Ti-Ni形状记忆合金薄带显微组织、相组成和相变行为的影响。结果表明,铸态Ti-47Ni、Ti-48Ni、Ti-49Ni形状记忆合金薄带的组织形态呈纵横排列的柱状,辊速越高合金薄带的晶粒越细。3种合金薄带的组成相皆为马氏体M(B19')+母相A(B2),冷却/加热时发生A→M/M→A一阶段马氏体相变。辊速对合金薄带相变类型影响不大,但影响马氏体相变温度和热滞。随辊速增加,Ti-47Ni、Ti-48Ni、Ti-49Ni形状记忆合金薄带马氏体相变温度降低,Ti-49Ni合金薄带马氏体相变热滞减小,Ti-47Ni和Ti-48Ni合金薄带马氏体相变热滞先增大后减小。     

热处理对激冷Ti-50Ni合金薄带相变和形状记忆行为的影响

用甩带法制备了Ti-50Ni形状记忆合金薄带,用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、示差扫描量热仪和弯曲试验研究了Ti-50Ni合金薄带的相组成、显微组织、相变行为和形状记忆效应。结果表明,铸态和400~600℃退火态Ti-50Ni合金薄带的显微组织形态呈树枝状,由马氏体相B19'和母相B2组成,加热/冷却过程中发生A→R→M/M→R→A(A-母相,R-R相,M-马氏体)二阶可逆相变。随退火温度升高,Ti-50Ni合金薄带的相组成和显微组织形态变化不大;马氏体逆相变温度T_A、R正相变温度T_R、R逆相变温度T_(Rr)和马氏体相变热滞ΔT_M升高,马氏体正相变温度T_M下降,R相变热滞ΔT_R缓慢降低;M逆相变峰向高温移动,逐渐与R逆相变峰合并。铸态和退火态Ti-50Ni合金薄带皆具有良好的形状记忆效应。