Ni-Mn-Ga-Fe合金纤维的马氏体相变与超弹性

通过高真空电弧熔炼炉和熔体抽拉液态成形设备制备Ni-Mn-Ga和Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并对纤维进行阶梯式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、射线衍射仪(XRD)对其微结构和相结构进行表征;利用差示扫描量热仪(DSC)对纤维的马氏体相变过程进行分析;利用动态机械分析仪对纤维的超弹性进行测试。结果表明：有序化热处理后纤维内部原子排列有序性提高,相邻孪晶间沿近90°大角度晶界方向生长,晶界处平直。Fe掺杂使得纤维内部晶粒细化,晶格体积缩小,纤维整体致密性提高。Fe掺杂使得晶格内自由电子数量增多,电子浓度升高,致使马氏体相变(martensitic transformation, MT)的相变温度(M_s)明显提高;通过有序化热处理,高温下的自由电子自由排列,形成有差异性的新布里渊区,构成新的孪晶界,进一步提高晶格内部的致密程度。同时Fe具备耐高温、抗拉强度高的特性,Fe掺杂的Ni-Mn-Ga纤维降低了其本征脆性。超弹性曲线显示了热弹性马氏体相变的两个基本特征：完全超弹性(superelasticity, SE)和低温恢复特性。...     

承受各种循环加载的TiNi形状记忆合金的超弹性变形行为

TiNi形状记忆合金由于其优良的机械性能、抗腐蚀能力和生物适应性得到广泛的使用。超弹性是TiNi形状记忆合金重要的力学性能之一。本文通过实验研究了不同加载速率和不同实验温度下承受完全循环加载以及部分加载卸载的TiNi形状记忆合金超弹性变形行为。分析了循环变形期间马氏体相变应力和弹性模量变化的特性。研究表明在完全循环加载过程中，由于残余应变的存在，马氏体相变应力随循环增加而减小。马氏体相变应力的变化量（即残余应力）与残余应变成线形关系。对于受过循环变形的机械训练的TiNi形状记忆合金，研究了部分加载和卸载情况下其超弹性变形，分析了相变开始与结束的应力特性。     

生物医用Ti-Nb-Sn合金的超弹性

通过室温下拉伸实验研究了Ti-14Nb-4Sn和Ti-16Nb-4Sn（at．％）合金的超弹性。发现锻造态和400℃冰水淬火态的Ti-16Nb-4Sn合金超弹性良好,通过4％变形量循环拉伸三次即可获得完全的超弹性;而400℃冰水淬火态的Ti-14Nb-4Sn合金通过3％变形量循环拉伸两次即可完全回复。Ti-14Nb-4Sn合金和Ti-16Nb-4Sn合金均以700℃冰水淬火态断裂延伸率为最大,分别为14．42％和12．02％。锻造态Ti-14Nb-4Sn合金的马氏体逆相变回复温度As为134．8℃。XRD分析结果表明室温下Ti-16Nb-4Sn合金的组织为β相和＋α″马氏体相;而Ti-14Nb-4Sn合金的室温组织除β和α″外,还存在α相。     

Ni36CrTiAl弹性合金晶界不连续析出相变动力学的研究

本文对高弹性合金NI_(36)CrTiAl的晶界不连续析出相变进行了动力学研究.动力学分析指出:在特定条件下,不连续析出相变的总体动力学不符合动力学定律(Avrami方程),而是符合与纤维组织发展相对应的线性动力学。     

NiTi合金形状记忆效应的微观机制研究进展

NiTi合金具有优异的形状记忆功能和良好的生物体兼容性,近年来对它的应用研究受到工程界和医学界的重视,同时对NiTi合金形状记忆效应的微观机制的研究也在逐步深入.介绍了NiTi合金的主要特性及影响其形状记忆功能的主要因素,总结了NiTi合金的形状记忆效应和超弹性的微观机制研究现状,并指出了需对该合金进一步研究的一些问题.     

Hf含量对Ti49-XNi44Cu6Y1HfX形状记忆合金的组织与超弹性的影响

Ti-Ni-Cu基形状记忆合金具有相变滞后小、可回复应变大、热稳定性好等优良性能。本工作采用非自耗真空电弧熔炼制备了Ti_49-XNi₄₄Cu₆Y₁Hf_X(X=0,2,6,10)形状记忆合金,并研究了Hf含量对其组织、相变行为与超弹性等的影响。结果表明,合金在室温下的主要组织为B2奥氏体与少量化合物相,加载与卸载过程中发生了B2B19′马氏体相变。随Hf含量增加,Ti_49-XNi₄₄Cu₆Y₁Hf_X合金的马氏体相变温度降低,合金的压缩强度和断裂应变均有所降低,应力诱发马氏体的临界应力增加。在压缩应变为3%～11%的应力递增压缩循环过程中,合金出现加工硬化现象,并且可回复应力随着预应力的增加而增加。Hf含量为10%的合金在压缩应变为11%时具有最大的可回复应变7.9%,其中超弹性应变为5.2%。在压缩应变固定为7%的循环压缩过程中,10%Hf的样品循环稳定性较好,可以完全...     

Cu-Zn-Al 形状记忆合金热弹性马氏体相变临界驱动力的估算

发展了新的估算 Cu-Zn-Al 合金热弹性马氏体相变临界驱动力方法。由测量合金的杨氏模量及估算马氏体内的储存能量(层错能),所得的临界驱动力数值与量热法测得热效应后换算的近似值非常接近。     

Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金超弹性的研究

用拉伸实验研究了Ｆｅ－１５．２Ｍｎ－６Ｓｉ－８．３Ｃｒ－７Ｎｉ、Ｆｅ－１６Ｍｎ－５Ｓｉ－９Ｃｒ－４Ｎｉ和３１７Ｌ不锈钢的应力应变曲线。结果表明,铁基形状记忆合金存在显著的超弹性。其应力应变曲线上,卸载时的曲线和再加载时的曲线相比有明显的滞后。合金卸载时存在极大的非线性回弹εｓｂ,εｓｂ随变形量的增加而增加,而超弹性应变εＳＥ在小变形量下随变形量的增加而增加,当总变形量超过一定值时,εＳＥ不再增加。Ｆｅ－１５．２Ｍｎ－６Ｓｉ－８．３Ｃｒ－７Ｎｉ的最大超弹性应变εＳＥ可达到０．７５％。应力诱发马氏体与母相之间界面移动产生超弹性,超弹性受化学驱劝力和母相对马氏体相的弹性约束控制。热形成马氏体和母相强度对超弹性影响不大。     

形状记忆合金弹热效应研究进展

传统的气体压缩制冷技术已不能满足人类对环保节能的要求,新型制冷技术的开发近年来受到了越来越多的关注。与传统气体压缩制冷技术相比,固体制冷技术效率高、对环境友好,引起材料科学界的广泛关注。其原理是通过改变材料的外场环境,如磁场、电场或应力场,使材料的性质(结构、磁矩等)发生改变,从而产生各种热效应,即磁热效应、电热效应、机械热效应(弹热效应、压热效应)。研发具有高的热效应、宽的工作温度范围和性能稳定的室温固体制冷材料是提升固态制冷技术的关键。其中,利用形状记忆合金(SMAs)在单轴循环应力下诱发的弹热效应制冷是目前最有前景的固体制冷技术之一。弹热效应(Elastocaloric effect,eCE)是利用形状记忆合金马氏体相变过程中产生的潜热,在应力诱发马氏体相变和逆相变过程中,材料放出和吸收相变潜热,借助制冷循环装置即可实现固体制冷。在研究过程中,弹热制冷展现出很多优点,如大而可逆的绝热温变、简单的应力驱动方式、超宽的温度适用范围等。但现阶段发现的弹热材料也存在疲劳寿命短、滞后损耗大和应变分布不均匀等问题。2014年,美国能源部将弹热制冷列为17种替代气体压缩制冷的新技术之首,推荐为最有希望发展的固体制冷模式。近年来,科学家在室温附近诸多形状记忆合金的马氏体相变及其他材料的固态相变中测量出巨大的弹热效应,如Cu-Zn-Al、TiNi-(Cu)、Fe-Pd、Ni-Mn-Sn-(Cu)、Ni-Mn-In-Co等。衡量弹热效应大小的参数主要有绝热温变ΔTad和等温熵变ΔSiso,可以通过直接或间接的方法获得。利用形状记忆合金的应力-应变曲线和麦克斯韦方程可以计算材料的等温熵变ΔSiso,间接地表征弹热效应的大小。而鉴于弹热效应驱动方式简单,更简便的衡量方法是直接测量绝热温变ΔTad,即使用精密的测温设备测量材料相变前后的温度。这种方法不仅可以表征弹热效应的大小,还能了解其热效应产生过程中的细节,如弹热过程中材料温度变化的位置、趋势等。本文综述了传统记忆合金(Cu基、Ni-Ti基、Fe基)和新型铁磁性记忆合金(主要是Ni-Mn基)弹热效应的研究进展,分析了不同类型记忆合金在弹热制冷方面的优缺点,最后对弹热制冷材料的发展进行了展望。     

Fe-Ni-Mo系恒弹性合金时效行为的研究试论弹性合金的强化特点

研究了 Fe-Ni-Mo 系恒弹性合金固溶后经 600～800℃回火处理后的时效行为.发现,在 Ni-SpanC 型合金中以 Mo 代 Cr,能抑制γ′相以不连续沉淀方式析出和η相的出现.因而起到良好的强化效果。力学性能和η相析出行为的对照分析表明,与σ_(0.2)相比,合金的σ_e 更取决于弥散相颗粒的平均自由程.降低平均自由程可提高σ_e。     

TiNi合金冲蚀磨损行为及应用研究进展

TiNi形状记忆合金是一种新型的性能优异的摩擦学材料,其耐磨机制及摩擦学应用方面的研究得到了人们的广泛关注.在综述TiNi合金冲蚀磨损行为研究现状的基础上,对TiNi合金的冲蚀磨损机制进行了分析,认为TiNi合金的良好冲蚀磨损性能主要与其相变伪弹性和马氏体变体自适应行为有关.同时,还总结了TiNi合金摩擦学应用方面的研究进展,并对进一步的研究方向提出建议.     

TiNiAl合金形状记忆及超弹性效应研究

研究了不同热处理制度对TiNiAl合金的形状记忆恢复率的影响,得出了适宜的时效处理温度和时间.通过对合金相转变温度的测定发现Al的加入大大降低了TiNi合金的相转变温度,合金的成分对其相转变温度具有重要的影响.对合金的应力-应变曲线的测试表明其具有良好的超弹性效应.     

铁基形状记忆合金马氏体相变研究进展

铁基形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性取决于合金的马氏体相变特征,掌握铁基合金的马氏体相变规律是开发和优化铁基形状记忆合金的前提。根据马氏体相变类型将目前发现的铁基形状记忆合金分成3类：Fe-Mn-Si系,Fe-Ni-Co系和Fe-Pt／Fe-Pd系,分别阐述了3类铁基形状记忆合金马氏体相变的研究进展,总结了铁基合金形状记忆效应的不同机理和影响马氏体相变特征的各种因素,探讨了开发新型铁基形状记忆合金的需要关注的方向。     

Fe-基形状记忆合金的研究进展

根据实际应用价值将形状记忆合金分为三类:Ni Ti-基、Cu-基和Fe-基合金。Ni Ti-基形状记忆合金在记忆合金应用领域一直处于统治地位,但其材料成本高、冷加工性能差; Cu-基形状记忆合金热加工性能和形状记忆效应均较好且价格低廉,但存在记忆性能不稳定、晶粒粗大、抗疲劳性能差等缺陷,阻碍了其研究和应用; Fe-基形状记忆合金自开发以来因其价格低廉、加工性能优良、可焊接性好等特点,备受人们青睐,被确定为具有发展前景的新型形状记忆材料。Fe-基形状记忆合金中的马氏体相变主要分为三种,分别是由面心立方fcc (γ)→面心正方fct、体心正方bct和密排六方hcp (ε)。因fcc(γ)→fct马氏体相变及其逆相变而呈现形状记忆效应的合金有Fe-Pd和Fe-Pt;因fcc(γ)→bct马氏体相变及其逆相变而呈现形状记忆效应的合金有Fe-Ni-Ti-C和Fe-Ni-Co-Ti;因fcc(γ)→hcp(ε)中的Pd、Pt价格昂贵,故其实用意义不是很大,不作为研究和应用的热点。由于FeMn-Si系形状记忆合金的马氏体起始相变温度(Ms)接近室温、形状记忆效应相对较好,因此具有很好的应用前景。但此类合金存在相对较低的Ms以及明显的滞后现象限制了它们的广泛使用。Fe-Ni-Co-Ti马氏体界面的能动性不因热滞大小而改变,通过冷却或加热使移动的马氏体界面长大或收缩。基于Fe-Ni-Co-Ti合金超弹性的研究开发的新型Fe-Mn-Al-Ni合金所表现的超弹性更加优异,Fe-Mn-Al-Ni合金在室温下具有低应力滞后的超弹性响应,主要特征是:在-196～240℃温度范围内,诱导马氏体转变所需的应力对温度依赖性较低,大大拓宽了Fe-基形状记忆合金的应用。本文分类介绍了Fe-基形状记忆合金近年来的研究进展以及相关性能,尤其对Fe-Mn-Si系形状记忆合金中各元素对合金的影响进行了详细的介绍,以期在合金的成分设计方面为相关研究人员提供参考,并提出了现阶段Fe-基形状记忆合金所存在的问题。     

Mg-Li系合金超塑性研究进展

超塑性是材料在一定温度和应变速率下表现出异常高塑性的能力。Mg-Li合金具有超轻的密度、高比刚度和良好的电磁屏蔽能力,可望在航天、军事、汽车、3C电子等领域获得应用。综述了国内外Mg-Li合金超塑性研究现状,介绍了轧制、挤压、等通道转角挤压、搅拌摩擦加工、差速轧制、高压扭转和多向锻造方法获得的超塑性。指出了Mg-Li合金超塑性存在的问题和今后进一步研究的方向。     

Cu-Zn-Al系合金的马氏体稳定化

本文以电阻法和圆弧压弯法研究了ＣｕＺｎＡｌ系合金热弹性马氏体的稳定化过程，用ＤＴＡ法测定了母相Ｂ２→ＤＯ３有序转变温度，分析了合金元素Ｍｎ对ＣｕＺｎＡｌ系合金马氏体稳定化的影响，实验结果表明：热弹性马氏体的稳定化倾向与Ｂ２→ＤＯ３转变温度的高低有关。由此解释了Ｍｎ对改善ＣｕＺｎＡｌ系合金马氏体稳定化的作用。     

长期约束条件下TiNi合金超弹性衰减研究

研究了在长期约束条件下TiNi合金超弹性的衰减规律,结果表明,超弹性衰减随时间呈类抛物线规律;约束应变越大,衰减量越大,约束应变较小时不发生明显衰减;应力-应变循环处理可显著降低超弹性衰减幅度.在阐明超弹性衰减襄律的基础上,讨论了衰减机制.     

超弹性NiTi合金率相关相变图案演化模拟

基于超弹性NiTi合金薄板在不同温度下的拉伸实验结果,采用三段线性弹塑性本构模型,通过热物理常数等效法考虑相变潜热对温升的影响,利用有限元软件ABAQUS对相变图案演化进行模拟,揭示相变图案演化的率相关性机理。模拟结果表明:超弹性NiTi合金在拉伸过程中发生应力诱发马氏体相变,宏观表现为局部相变带的萌生、扩展与合并;由于相变潜热的释放,相变带的萌生伴随着局部温升,温升的峰值与加载应变率密切相关;局部相变带与加载方向成一定夹角,角度为50°~65°;随着加载速率增加,试样从等温向绝热状态转变,相变应力与局部温升随之增加,相变更容易在低温区域萌生,导致相变带数量不断增加;模拟的超弹性NiTi合金在不同应变率下的相变图案及温度场演化与实验结果吻合较好,为阐明该合金的相变局部化演变过程提供了参考。     

超弹性NiTi合金循环相变诱发塑性本构模型

为定量描述镍钛形状记忆合金循环相变诱发塑性导致的超弹性退化行为,在广义粘塑性框架下对Graesser模型进行了拓展,考虑了奥氏体和马氏体弹性模量的差异以及马氏体非线性硬化行为,引入循环相变过程中相变应力和残余应变的演化方程,建立了超弹性Ni Ti合金循环相变诱发塑性本构模型,总结了模型参数确定方法.通过镍钛形状记忆合金微管的循环相变试验结果和模拟结果的对比表明,提出的模型能够很好地预测镍钛形状记忆合金的循环相变诱发塑性行为。