高温铜基形状记忆合金的研究

本文概述了高温铜基形状记忆合金的最新研究进展。重点介绍了CuAlNi系合金，以及Cu-11．9AI-2．5Mn(质量百分比)合金母相时效效应与热循环特性的研究。     

Ni-Mn-Ga-V高温形状记忆合金研究

本文采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及压缩力学试验机系统的研究了钒元素对(Ni56Mn25Ga19)100-xVx (x = 0, 1, 3) (at.%)高温形状记忆合金性能的影响。结果表明,由于钒取代方法的不同,我们所研究合金的组织结构和某些性能与已报到的Ni56Mn25Ga19-xVx合金差异较大。未掺杂钒元素时,试验合金由单相非调制四方结构马氏体构成,当钒含量为1at.%和3at.%时,合金由四方结构马氏体和竹叶状γ相构成。随着钒含量的增加,γ相的数量增多,但其尺寸和形状保持不变。钒掺杂改善合金的力学性能和形状记忆效应。 (Ni56Mn25Ga19)99V1合金变形10%后加热,可以得到6.7%的可逆应变。     

低相变温度宽相变滞后的Cu-Al-Mn-Nb形状记忆合金

通过恰当的成分设计,获得了具有较低马氏体相变温度及较宽相变滞后的Cu-Al-Mn-Nb形状记忆合金.用差热分析法(DSC)测得Cu-26.8Al-4.8Mn-1.0Nb(摩尔分数,%)合金在降温时马氏体相变最激烈的温度为-32℃;升温时奥氏体相变最激烈时的温度为68℃;相变滞后宽度达100℃.透射电镜、扫描电镜及X射线衍射分析表明,该合金的马氏体为2H型结构,宽滞后效应是由于合金进行马氏体相变时析出了点状富铌颗粒从而松驰掉一部分弹性应变能而产生的.该合金在表面应变为4%时,弯曲变形试样的形状回复率达93%以上,在室温下时效2个月后,其形状回复率没有发生明显恶化.室温下其抗拉强度约为550 MPa,屈服强度约为380 MPa,塑性延伸率约为7%.     

50Ti-50Pd高温形状记忆合金研究

研究了50Ti-50Pd合金的马氏体相变、显微组织和形状记忆效应。结果表明：实验合金马氏体相变热滞小,呈热弹性,室温相为B19斜方结构;固溶处理50Ti-50Pd合金试样的记忆效应随起始恢复温度的升高而增大,弯曲循环可改善合金的记忆效应。     

低温Cu-Al-Mn形状记忆合金弹簧性能的研究

本文利用自制合金相变点测量装置、低温形变量测量装置以及测量低温电阻、扫描电镜、硬度测量等方法对低温Cu-Al-Mn形状记忆合金弹簧的形状记忆性能进行了研究,发现均匀化热处理、室温时效、约束训练都能有效地提高该弹簧的低温形状记忆性能.合金的相变点对材料的成分非常敏感,增加1%(质量)Al和2%(质量)Mn会使合金的马氏体相变温度降低170K左右.     

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。     

Cu-Al-Mn合金的低温形状记忆效应与晶体结构的关系

利用自制的合金低温特性测量装置研究马氏体相变温度Ms为100 K左右的Cu-Al-Mn低温形状记忆合金的形状记忆性能,并采用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜等研究其微观结构。结果表明：Cu-Al-Mn合金具有良好的形状记忆性能,其XRD谱中除含β相的衍射峰外没有其他相的衍射峰,并且有序度越高,合金的形状记忆性能越好;其它相的析出尤其是α（Cu）相的大量析出使得合金的形状记忆性能变差;在Cu-Al-Mn合金中,随着Mn和Al含量的增加,其马氏体相变温度降低。     

形变对Ti-Ni-Hf高温记忆合金相变及双程形状记忆效应的影响

采用微分扫描式量热法(DSC)、拉伸试验和弯曲试验研究了形变对Ti36Ni49Hf15高温形状记忆合金相变及双程形状记忆效应的影响.结果表明,形变不影响合金的相变顺序.在马氏体状态下变形时,随形变量的增加,Ti36Ni49Hf15合金的马氏体相变温度略有下降,逆马氏体相变温度上升.当形变量一定时,合金在马氏体状态下不同温度变形,对合金的相变温度没有显著影响.Ti36Ni49Hf15高温记忆合金在马氏体状态下直接变形可以产生双程形状记忆效应,其双程可逆应变量随形变量的增加而增加.在随后的热循环过程中,合金的双程形状记忆效应在最初的几次循环过程中迅速下降,而后随循环次数的增加趋于稳定.     

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．     

γ相对磁形状记忆合金Co-Ni-Ga马氏体相变和形状记忆效应的影响

利用扫描电镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪和材料试验机等手段,研究不同热处理条件下γ相对Co44Ni26Ga30合金马氏体相变温度、力学性能和形状记忆效应的影响。结果表明：随热处理保温时间的延长,γ相析出增多,使得马氏体相变温度降低;γ相的引入显著改善合金的韧性,但损害了合金的形状记忆回复性能;通过适当的热机械训练可以大幅提高合金的形状记忆回复能力,最大形状回复率可达93%。     

热处理对Cu-Zn-Al形状记忆合金单程形状记忆效应的影响

研究了在SME法训练条件下，等温淬火热处理对Cu—Zn—Al形状记忆合金单程形状记忆效应ηo的影响及与“淬火 上淬”热处理的比较。研究结果表明，等温时间如能保证合金充分有序化，又不使合金发生偏聚和析出其它相时，可获较好单程形状记忆效应训练效果。等温时间8min的单程回复率ηo较佳，训练达到稳定时，比等温3min得到的最差的ηo值高出约83％。随训练次数增加，位错增加，晶格原子有序度降低，单程形状记忆效应先急剧下降，后缓慢下降，最后趋于稳定。比较试验发现，“淬火 上淬”处理比等温淬火处理具有更好的单程形状记忆效应训练效果。因为后者的母相-马氏体共格关系不如前者，并可通过时效获得最佳有序畴尺寸.经充分训练后，前者最终的单程回复率ηo比后者的高出34％.     

TiNi合金不完全相变的温度记忆效应

通过示差扫描量热分析(DSC)研究了预应变及约束条件下TiNi形状记忆合金的温度记忆效应．结果表明，通过变形约束手段，可以大大拓宽TiNi合金的相变温度区间，使得TiNi合金的温度记忆效应能够在一个非常大的温度范围内发挥作用；同时，变形并约束后TiNi合金的温度记忆效应比自由态TiNi合金的温度记忆效应更加准确．分析表明，马氏体与母相界面处的位错以及界面处的弹性自适应过程是可能的温度记忆效应机制。     

Ni含量和时效对TiNi形状记忆合金相变热的影响

用示差扫描热分析仪（ＤＳＣ）、光学显微镜、扫描电镜和ＥＤＸ能谱仪系统研究了Ｎｉ含量和时效对ＴｉＮｉ合金Ｒ、马氏体（Ｍ）相变热（Ｑ）的影响。揭示了ＱＭ、ＱＲ与Ｎｉ含量和时效工艺的关系。     

TiNi形状记忆合金精密脉冲电阻对焊接头相变温度的变化规律

通过示差热分析 (DSC)和X射线衍射等分析手段 ,研究了焊接热量、焊接压力、随机热处理等焊接参数以及焊后热循环对焊接接头相变温度的影响 ,并总结了其影响规律 :焊接热量和焊接压力对焊接接头相变温度的影响较小 ,As 和Af 区间基本保持不变 ;焊后随机热处理对焊接接头相变温度有一定的影响 ,As 和Af 均随热处理时间的增加而提高 ;焊后冷热循环对焊接接头的相变过程和相变温度具有重要的影响 ,因而实施焊后接头热循环工艺过程是必要的。     

淬火保温时间对Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的影响

研究了淬火保温时间对Cu-Zn-Al合金单向形状记忆效应ηO和双向形状记忆效应ηT的影响。研究结果表明，随训练次数的增加，位错增加，晶格原子有序度降低，单向形状记忆效应先急剧下降，然后缓慢下降，趋于稳定。但是，随训练次数的增加，双向形状记忆效应都先急剧上升，然后缓慢上升，趋于稳定。淬火保温时间过短或过长，都使形状记忆效应降低。淬火保温时间必须适当，即要使溶质原子充分均匀化，保证母相充分有序，又不使晶粒过大，才有较好的单向形状记忆效应ηO和双向形状记忆效应ηT。最佳和最差保温效果时的单向形状记忆效应ηO和双向形状记忆效应ηT可分别相差达70％左右。     

低Nb含量Ni-Ti-Nb形状记忆合金的组织及相变特征

系统研究了低Nb含量(原子分数为4．5％)的Ni-Ti-Nb形状记忆合金的微观组织形态和相变特征以及预变形对相变滞后的影响．结果表明，Ni／Ti比的微小变化对合金的微观组织产生重要影响，从而影响合金的相变特征．低Nb含量的Ni-Ti-Nb形状记忆合金仍然具有宽滞后效应．研究了在相同温度下分别处于马氏体和奥氏体状态时低Nb合金的变形行为，并结合热弹性马氏体相变动力学作了相关解释．     

Ni含量和热处理对Ti-Ni形状记忆合金相变和形变行为的影响

用示差扫描量热仪和拉伸试验对比研究了不同温度退火态Ti50.5，Ni49.5、Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的相变特性和形变行为。中温退火态Ti50.5Ni49.5和Ti49.8Ni50.2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），Ti49.4Ni50.6合金的相变类型为A→R→M／M→R→A。随Ni含量增加，Ti—Ni合金的相变温度降低，相变热滞增加。随退火温度Tn升高，这3种合金的马氏体相变温度升高，热滞减小；Ti50.5Ni49.5合金的R相相变温度TR恒定不变；Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的TR先升高后降低。室温下，Ti50.5Ni49.5合金呈现形状记忆效应，Ti49.4Ni50.6合金呈现超弹性，Ti49.8Ni50.2合金呈现形状记忆效应＋超弹性。近等原子比和富镍Ti—Ni合金的形状记忆特性优于贫镍合金。随Ta升高，三合金拉伸曲线的平台应力减小；Ti49.4Ni50.6超弹性合金的滞弹性面积增大，阻尼性增强，能量储存密度和储存效率减小。Ta=673～773K时，Ti—Ni合金的形状记忆特性良好，Ta超过823K后，该特性变差。     

SME训练Cu-Zn-Al合金的形状记忆效应研究

研究了经SME训练Cu-Zn-Al合金的单向记忆动作敏感性、单向形状恢复率η0和双向形状恢复率ηT。结果表明：随训练次数增加，单向记忆的动作敏感性快速下降．当训练10次．No．1和No.2合金已分别下降58％和54％，然后缓慢下降和趋于稳定，此时与初始值相比，No．1和No.2合金动作敏感性分别下降74％和72％，分别仅有初始值26％和18％。这在记忆合金驱动元件设计中有重要的参考价值．随训练次数增加，单向形状记忆效应急剧下降，然后缓慢下降至趋于稳定。基本稳定时的单向形状恢复率不到初始值的50％。然而，随训练次数增加，位错增加，可能引入更多择优取向位错，从而促使形成更多择优取向马氏体，导致双向形状记忆效应急剧上升，出现峰值，然后缓慢降至趋于稳定。