THERMODYNAMICS OF THE THERMAL ELASTIC MARTENSITIC TRANSFORMATIONS

阐明了热弹性马氏体相变的热力学性质、相变临界温度的特点及相变驱动力与温度和应力的函数关系。讨论了有序度和应变能对相变温度影响的热力学处理。简介Landau-Devonshire-Grinzberg 理论及其对马氏体相变的应用。以Landau 表达式解释热弹性马氏体相变的弹性、伪弹性和铁弹性。评述母相有序化影响M(?)的Landau 处理,提出了母相及马氏体内有序化时近邻原子的交互作用及相对大小影响M(?)的模型。引述以Landau 式求应力场下的热滞。     

Cu-Zn 合金马氏体相变热力学

假定 Cu-Zn 合金马氏体相变中新、旧原子存在 Bain 机制所示的对应关系,则沿用已知的热力学数据,以 BWG 模型处理 Cu-Zn 合金的有序问题,推导出相变驱动力ΔG~(β′→α′)的普遍表达式。以该式计算了Cu-Zn 合金马氏体相变的平衡温度 T(?)及马氏体相变点 M_s,其中 M_s 与实验结果很好吻合。计算证明,母相有序化是 Cu-Zn 合金发生热弹性马氏体相变的必要条件,有序度对 M_s 有显著的影响。     

马氏体相变研究的新进展

综述作者近年对马氏体相交理论及应用研究的结果,包括:马氏体相变中间隙原子的扩散,铁基合金中马氏体相变热力学及其应用,即道理论及其在热弹性马氏体相变中的应用,奥氏体状态——淬火温度即淬火空位与位错的交互作用有序化及固溶强化对马氏体相变的影响,应用马氏体相变晶体学表象理论及群论于Cu—Zn—Al合金,淬火GC_(rl5)钢中等温马氏体形成的动力学、机制及其提高残余奥氏体稳定性的作用。评述马氏体回火致脆的机制,并在热力学和动力学研究基础上提出一个新的机制,以及低碳马氏体应用上应注意之处。     

材料状态对NiTi形状记忆合金相变行为的影响

用金相显微镜观察了冷加工和固溶状态的显微组织形貌,用示差热量扫描法(DSC)系统研究了冷加工、固溶和时效处理对近等原子比的NiTi形状记忆合金的相变温度的影响。试验结果表明,冷加工态NiTi合金组织形态呈纤维状,固溶处理后组织形态呈等轴状。冷加工带来的大量变形缺陷抑制了热弹性马氏体的相变;冷加工态NiTi合金直接进行时效发生了P→M相变;经固溶处理后再进行时效则发生了P→R→M相变。NiTi合金在不同的热处理条件下发生了不同类型的热弹性马氏体相变。分析认为,应力、位错密度及析出相对NiTi合金热弹性马氏体的相变行为有重要的影响。     

Ni1.95Mn1.36Ga0.69磁控形状记忆合金的相变与结构有序化

利用差示扫描量热计(DSC)研究了非化学计量Ni1.95Mn1.36Ga0.69合金的马氏体相变及结构有序化处理条件.根据DSC峰型特征的变化,可确定在800℃进行结构有序化处理是合适的.在800℃又进行了不同保温时间的处理,并测定了马氏体相变的特征温度.马氏体相变特征温度随保温时间的增加呈规律变化,相变热滞随保温时间的增加呈下降趋势.经50h的有序化处理后,再继续延长保温时间,马氏体相变特征温度和热滞均不再有明显变化.本文研究结果表明,对于Ni1.95Mn1.36Ga0.69合金,应选用800℃×50h的结构有序化处理工艺.     

NiTi形状记忆合金丝在Al基复合材料中的约束态马氏体逆相变特征

利用DSC,XRD,SEM等实验手段研究了NiTi记忆合金丝在铝基体约束状态下的马氏体逆相变特征。研究结果表明,预应变NiTi记忆合金丝在加热过程中发生两种马氏体逆相变：热致马氏体逆转变(MT→P)与应力诱发马氏体逆转变(Md→P),其中热致马氏体逆相变温度与未预应变样品基本相同,且不受预应变影响;而应力诱发马氏体向母相转变温度随预应变增加而升高;随预应变增加,热致马氏体与应力诱发马氏体的逆转变量减少。文中引入马氏体变形度概念,并对马氏体在逆转变过程中的变形度变化进行了讨论。     

NiTi形状记忆合金丝在Al基复合材料的约束态马氏逆相变特征

利用DSC,XRD,SEM等实验手段研究了NiTi记忆合金丝在铝合金丝在铝基体约束状上的马氏体逆相变特征,研究结果表明,预应变NiTi记忆合金丝在加热过程中发生两种马氏体逆相变,热致马氏体转变（M^T→P) 应力诱发马氏体逆转变（M^d→P）,其中热致马氏体相变温度与未预应变样品基本相同,且不受参应变影响,而应力诱发马氏体向母相转变温度随预应变增加而升高,随预应变增加,热致马体与应力诱发马氏体的转变时减少,文中引入马氏体变形度概念,并对马氏体在逆转变过程中的变形度变化进行了讨论。     

外加载荷对热弹性马氏体正-逆相变影响机制的相场模拟研究

本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作用,研究了外加载荷对马氏体逆相变温度As的影响。模拟结果表明：应变能是形状记忆合金马氏体相变的阻力,是其逆相变的驱动力。在马氏体正相变过程中,拉伸载荷释放了应变能,降低了相变阻力,从而对马氏体相变起促进作用;在马氏体的逆相变过程中,由于拉伸载荷降低了马氏体所储存的应变能,因而降低了逆相变过程的驱动力,使合金逆相变As温度升高,进而提高了热弹性马氏体的低温稳定性。模拟结果与实验结果相一致。     

《马氏体相变》讲座

第四讲形变诱发马氏体相变今天我们将要讨论形变对马氏体相变的影响。我们知道,马氏体相变是位移式的,因此对弹性应力和范性应变是敏感的。许多年前,我们曾利用范性形变的影响来测定T_(?),即母相奥氏体与产物相马氏体自由能相等的温度。由图4—1可以看出,在含27至35％(原子)Ni的铁镍合金中,Ms温度随镍含量的增加而降低。当一个给定合金(例如含30％镍)冷却到低于Ms温     

TiNi形状记忆合金阻尼特性的研究

在变频、变温条件下，对两种热处理方式处理的Ti-50．8Ni(原子分数，％)合金的低频阻尼特性进行了研究，结果表明：中温退火处理的Ti-50．8Ni合金的阻尼性能好于高温固溶时效处理的合金；马氏体相、R相阻尼高于母相阻尼，相变过程(多相共存)出现阻尼峰，远远高于母相、马氏体相阻尼，同时伴随有最小弹性模量峰，即相变时材料出现软化现象；相变时阻尼与频率成反比，频率越高，相变阻尼峰越不明显，频率对弹性模量变化几乎没有影响；相变结束合金的阻尼对温度及频率不敏感；中温退火处理的Ti-50．8Ni合金在降温过程中由于温度和应力的复合作用导致多次相变，出现受频率影响的多个相变阻尼峰。     

热-机械循环处理对FeMnSiCrNi 合金 记忆效应的影响

采用电子拉伸试验机考察了不同预变形量热-机械循环处理对FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响,并利用光学及透射电子显微分析方法研究了经热-机械循环处理后母相γ及应力诱发ε马氏体的组织变化.结果表明:在预变形量为4%、5%、和6%的情况下,经2次循环训练后具有最高的应变恢复率;适当的热-机械循环处理能促进母相γ中形成大量按一定取向分布的晶体缺陷,为择优取向ε马氏体的成长打开通道,显著降低ε马氏体的几何尺寸,提高其逆相变的晶体学可逆性;若热-机械循环次数过多,母相γ中会形成位错缠结,阻碍γ→ε相变过程中层错扩展,从而不利于形状记忆效应.     

明效Fe—Mn—Si—Co—Mo合金中应力诱发马氏体的逆相变与形状记忆效应

研究了时效对Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ－Ｃｏ－Ｍｏ合金的临界屈服应力,应力诱发马氏体逆转变以及形状记忆效应的影响,结果表明,随着时效温度的升高,室温下的母相屈服应力与应力诱发马氏体相变临界应力之差增大,应力诱发马氏体逆转变温度Ａｃ和Ａｆ升高,而形状忘儿应在６００℃时效时出现峰值。     

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。...     

β1相中温时效对Cu-12.37Al-3.14Mn-0.10Zr合金马氏体转变特性及其结构的影响

利用电阻－温度曲线测量，X射线衍射，透射电镜观察等方法研究了Cu-12.37Al-3.14Mn-0.10Zr合金母相状态时效时马氏体转变特性及其结构的变化，结果表明，该合金具有较强的抗中温母相时效性能，在400℃的母相状态时效96h后仍具有良好的热弹性马氏体转变特性，可逆马氏体转变量高达90％以上，时效初期，马氏体相变点有所上升，但上升幅度仅10－15℃左右，后期变化不大，该合金淬火态马氏体具有M2H结构，随时效时间的延长，逐步变化为M18R结构，该合金时的出相为γ2相，它的析出导致母相基体贫Al,电子浓度下降，从而产生马氏体相变点升高，马氏体结构类型改变等时效效应。     

铁合金的形状记忆效应

形状记忆效应现象已在许多合金中观察到,它不仅在呈现热弹性马氏体的合金中产生,也可在呈现非热弹性马氏体或不受应变能控制的准马氏体(Quasimartesite)中产生。由于受到价格、加工性能,记忆特性等方面的限制,目前在工业上具有应用价值的合金,按其组成可分为两大类:1.非铁合金:如NiTi,CuZnAl,CuAlNi等,它们的记忆效应与热弹性马氏体向母相的逆转变密切相关。2.铁合金:如FeNiCoTi,FeMnSi等,前者为热弹性马氏体而后者为非热弹性马氏体,其记忆效应来源于应力诱发的马氏体向母相的逆转变。     

FeMnAlNi系超弹性合金的研究进展

FeMnAlNi系合金因极大的超弹性温度范围(-196～240℃)与马氏体相变临界应力极低的温度依赖性(Clausius-Clapeyron斜率压缩时小于0.2 MPa/℃,拉伸时小于0.5 MPa/℃),在航空航天、空间探索、减振抗震等方面展现出了良好的应用前景,成为近年来超弹性合金研究的热点。FeMnAlNi系合金的超弹性受到多种因素的影响,提高其超弹性的关键在于控制析出相合理的析出状态提高相变的热弹性,增大晶粒尺寸提高相变的协调性,选择合适的晶粒取向激活更多的马氏体变体。首先介绍了马氏体相变与超弹性的关系,然后从FeMnAlNi系合金特殊的马氏体相变出发,对影响其超弹性的主要因素,包括组织因素(析出相、晶粒尺寸、晶粒取向)以及环境因素(磁场、温度)目前的研究进展作出了归纳与总结,最后对Fe-MnAlNi系超弹性合金未来的研究发展方向进行了展望。     

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。     

形状记忆材料的新进展

除高分子形状记忆材料外,按目前发展态势,将形状记忆材料分为四类(1)具热弹性马氏体相变、呈温控形状记忆效应(SME)的材料,(2)具半热弹性马氏体相变,由应力诱发马氏体,呈SME的材料,(3)具热弹性马氏体相变、由温控及磁控呈SME的铁磁材料,(4)具热弹性马氏体相变,在马氏体态由磁控呈现SME的材料.简述前一、二类材料的发展现状.阐述三、四类材料的研究现状和应用前景.     

预变形对FeNiC合金马氏体相变形态影响

研究了母相预变形对Fe-23Ni-0.55C合金马氏体相变表面浮凸形貌、组织形态的影响.结果表明:母相预拉伸变形和压缩变形对Fe-23Ni-0.55C合金马氏体影响有所不同.母相预拉伸变形,其马氏体由透镜状变为细针状,表面浮凸角增大;母相预压缩变形,随变形量的增大,不但其马氏体边缘破碎,而且马氏体中脊发生弯曲、甚至断裂.但是母相预变形并未改变其马氏体相变的惯习面和表面浮凸形貌.惯习面仍为{259}f,表面浮凸形貌均为"N"型.     

窄热滞Ti-Ni-Cu-Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为

为了开发性能稳定的窄热滞Ti-Ni基形状记忆合金,设计制作了Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr(原子分数)形状记忆合金丝,用示差扫描热分析仪和微机控制电子万能试验机研究了退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为,探讨了形变温度对该合金形状记忆行为的影响。结果表明,350～700℃/0.5 h退火态和300～600℃/1～50 h时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金冷却/加热时皆发生A→M/M→A(A-母相B2,CsCl型结构;M-马氏体B19′,单斜结构)一步马氏体可逆相变,马氏体相变温度比较稳定,在14～21℃之间变化;相变热滞较窄,在17～21℃之间变化。室温下,退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金皆呈形状记忆效应,且形状记忆行为稳定。随变形温度升高,Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的应力应变平台应力增加,残余应变减少,合金特性由形状记忆效应转变为超弹性,转变温度在50～60℃之间。