Martensitic transfor mation involved mechanical behaviors and wide hysteresis of NiTiNb shape memory alloys

On the basis of thermoelastic martensitic transformation involved,the mechanical behaviors of NiTiNb shape memory alloys were experimentally studied and their wide hysteresis effect was theoretically d...     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立了铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学,为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出了含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法,以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式,对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程,显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量,这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力学研究显示：钢经淬火后,再进行等温处理以形成很少量的等温马氏体,再作回火,提高钢件的尺寸稳定性（经1000d后与淬火-回火比较,在接触疲劳寿命并不降低的条件下（达34%。研究了Ni-Ti、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷的马氏体相变及其逆相变特征,揭示了影响这些材料形状记忆效应（SME）的一些因素,并指出了改善SME的途径,有利于这些材料的开发应用。贝氏体相变的热力学研究,观察到生长台阶,母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果,均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入阻碍Zn和Al扩散的合金元素可能提高形状记忆使用寿命。揭示CeO2-ZrO2中存在贝氏体相变,并与其出现脆性有关。Cu-Zn中β相有序化研究对有序化合金的应用具有实际意义。三元合金spinodal分解判据的建立,对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发颇具价值。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤立子于相变的形核-长大模型初见成效。     

Low-cost (ZrCu)50-xTax high temperature shape memory alloys showing excellent shape memory effect

ZrCu-based alloys, as one of the most potential high-temperature shape memory alloys, show quite high martensitic transformation temperature, relatively low price for the raw materials, and good casting fluidity. In this work, the martensitic transformation (MT) and shape memory effect of (ZrCu)_50-xTa_x high-temperature shape memory alloys were systematically investigated. Both X ray diffraction and SEM backscattered electron image demonstrated the coexistence of the main phase monoclinic martensite phase and the second phase Ta₂Cu. SEM results also revealed that increasing Ta content resulted in a larger volume fraction of Ta₂Cu phase. Differential scanning calorimetry results showed that the MT temperatures remarkably increased with Ta addition. The ductility of the (ZrCu)_50-xTa_x alloys was reduced to some degree with increasing Ta content. The shape memory effect was improved significantly, in which (ZrCu)₉₈Ta₂ alloy showed the 6.19% maximum recovery strain during 8% pre-strain under compression at 25 ?°C.     

CuZnAl形状记忆合金的拉伸曲线模型

采用电子万能拉伸试验机对CuZnAl形状记忆合金进行了拉伸试验．试验结果表明。拉伸曲线的骨架曲线与滞回曲线因为残余马氏体量不同而形状不同．由于马氏体开始转变温度的不同．CuZnAl形状记忆合金的骨架曲线模型与滞回曲线模型的参数稍有区别，因此，不同相变温度的CuZnAl形状记忆合金的模型需要作修正．另外，马氏体状态记忆合金的力学曲线模型为双线性模型．     

快速凝固Ti—Ni形状记忆合金中马氏体结构

利用单辊熔体旋转法制备了近等原子比的Ti-Ni形状记忆合金,分析了快速凝固对合金相变点的影响,利用XD－5A型X－射线衍射仪测定以及相变产物马氏体的结构。快速凝固差热法可使Ti-Ni形状记忆合金中马氏体相变温度降低,同时R相变与马氏体分离。     

电子辐照CuZnAl形状记忆合金马氏体稳定化的研究

用能量 1.7MeV不同注量的电子辐照CuZnAl形状记忆合金样品 ,通过循环水冷的方法 ,将辐照控制在马氏体相进行 .实验结果表明 ,样品被辐照处理后 ,其马氏体相变温度和相变滞后 ,以及相变特征温度T0 都随辐照注量的增大而升高 ;当辐照注量在 6 .30× 10 2 0 m- 2 ～ 1.89×10 2 1m- 2 时 ,其相变温度变化渐趋平缓 .作者认为 ,这是由于电子辐照产生的点缺陷造成了马氏体相点阵畸变 ,从而诱生了马氏体稳定化     

CuZnAl系形状记忆合金的预变形效应

本文通过对两种铜基形状记忆合金Ｃｕ－２３．１２Ｚｎ－４．３７Ａｌ（ｗｔ％）及Ｃｕ－２６．３４Ｚｎ－３．２４Ａｌ－０．６７Ｍｎ（ｗｔ％），在不同状态下预变形后的时效研究，发现预变形可以显著提高其抗时效稳定化能力，使Ａ＿ｓ点时效上升速度大大降低．并从相变晶体学观点及微观内应力方面进行了分析，对铜基形状记忆合金进一步开发应用有重大意义．     

基于马氏体重定向的铁磁形状记忆合金数值分析

基于铁磁形状记忆合金的磁场诱发应变来自磁场诱发马氏体变体的特征,本文在建立铁磁形状记忆合金的力—磁—热耦合理论的基础上,对铁磁形状记忆合金的磁致应变效应、磁滞效应以及磁致应力等特性进行数值分析,以揭示模型的合理性和适用性.     

形状记忆合金耗能阻尼器的阻尼特性理论分析

研究了形状记忆合金记忆效应和相变伪弹性的热力学特性，并依据热力学本构关系建立了形状记忆合金耗能阻尼器的热力学平衡方程，利用MATLAB编制的仿真软件对NiTi丝阻尼器的一个实例进行了仿真计算。计算结果表明形状记忆合金具有明显的阻尼特性，适用用于制作结构振动控制的阻尼器件。     

超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性

基于NbTi-TiNi共晶型相变,经成分分析,通过电弧熔炼制备几种具有NbTi和TiNi记忆合金铸态双相组织的NbTiNi合金。这种合金是一种原位自生的NbTi/TiNi记忆合金复合材料,具有复合比可控(通过调整Ni或Nb含量)、可逆马氏体相变温度可调(通过调整Ti/Ni比例)的特点。通过对其辅以常规的锻造、拔丝等大变形工艺加工,使NbTi和TiNi组元细化至微米级别,进一步得到复合组元比表面大、分布均匀、界面强度高的超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合丝材料。通过热膨胀仪和万能拉伸试验机对其进行热膨胀和力学性能测试。结果表明,该复合材料不但具有很高的屈服强度(超过1.6 GPa),还具有负膨胀点记忆效应、应变软模效应等新功能特性。     

CuAlBeX系形状记忆合金记忆疲劳特性

用简单的恢复角法对自行设计并熔炼的ＣｕＡｌＢｅＸ系形状记忆合金进行了记忆能力与记忆寿命的探索,并与Ｃｕ２４．５Ｚｎ４Ａｌ合金对比,结果表明,Ｃｕ１１．６Ａｌ０．４Ｂｅ０．２Ｃｒ具有最佳的记忆能力与记忆寿命,尤其是正火状态,正火及正火并１００℃～２００℃时效状态以及淬火并１００℃～２００℃时效状态均有优良的记忆性能,具有工程应用前途。     

多晶TiNi和CuZnAl形状记忆合金中的织构转变

用X射线织构仪测定了TiNi和CuZnAl合金的母相奥氏体、产品相马氏体的极图,计算了测定极图各自的位向分布函数。分析结果表明,TiNi合金奥氏体具有一个弱的织构组元{4,0,3}〈0,1,0〉和一个α纤维织构,TiNiCu合金马氏体有6个主要的织构组元;CuZnAl合金奥氏体织构是一个纤维织构,其纤维轴为〈1,1,0〉平行于轧向,位向密度沿纤维轴从{001}〈1-10〉到{111}〈1-10〉扩展,在位向{001}〈1-10〉附近,获得最大位向密度为26.9。CuZnAl合金马氏体有10个主要的织构组元。从奥氏体与马氏体的织构分析发现,两者织构是相互关联的,一个奥氏体的织构组元对应多个马氏体的织构组元,此结果符合马氏体形成自适应形貌的要求。     

SMA伪弹性和形状记忆特性的描述

基于混合物理论,结合Ｔａｎａｋａ的相变描述,给出了小变形、初始各向同性和塑性不可压缩条件下形状记忆合金的三维本构方程。对不同温度下形状记忆合金材料的特性进行了描述,预言了单调及循环加载下的响应和正、反相变行为及其温度影响;动态相变过程对应力响应的影响,高温相下的强度增加等。     

分级淬火对Cu-Zn-Al合金组织及形状记忆功能的影响

分级淬火是消除形状记忆合金马氏体稳定化的有效途径.Cu-Zn-Al 合金极易呈现稳定化,且使用分级淬火消除稳定化的等温组织内,除马氏体组织外,还伴随有针状组织的出现.本文主要研究分析该针状组织的组织结构及其形成对合金形状记忆性能的影响.     

预变形量对Fe-19Mn和Fe-19Mn-1.5Si合金阻尼性能的影响

采用倒扭摆法评价了Fe 19Mn合金和Fe 19Mn 1.5Si合金在不同预变形量下的阻尼性能,并通过光学显微镜和X射线衍射仪分析了合金的微观组织形貌和层错几率.结果表明：预变形量小于4%时,由于Fe 19Mn和Fe 19Mn 1.5Si合金的层错数量增加而使其阻尼性能提高;预变形量在4%~10%时,Fe 19Mn合金的层错数量不断增加,但由于马氏体和层错的相互交割严重、层错和马氏体变得短小以及Shockley不全位错的脱钉运动困难,致使其阻尼性能反而下降;而由于Fe 19Mn 1.5Si中Si具有固溶强化和降低层错能的作用,合金本身的马氏体和层错较小,预变形量对其影响不大,即变形不改变Shockley不全位错的脱钉难度,故其阻尼性能继续保持稳定增长.     

B和B+Ti孕育对β相铜基合金的后作用

本文给出了β相Cu基合金在固溶化处理和轧制过程中,B和B+Ti孕育对试样晶粒生长的后作用的研究结果.根据相应试样的断裂性能、断口形貌和含B析出物的分析,探讨了它们的后作用机理.最后,提出了获得优质Cu ZnAl形状记忆合金材料的最佳工艺.     

Fe—Mn—Si—Cr—N形状记忆合金应力诱发马氏体量的测定

通过X射线衍射峰位置和强度的计算,可以测定Fe-Mn-Si-Cr-N形状记忆合金中应力诱发马氏体（ε相）体积分数。选择既不重叠又有足够强度的奥氏体的{111}r、{200}r和马氏体的{101}ε衍射峰用于定量测定γ相和ε相的含量,并以定量金相结果进行了验证。结果表明,该合金的应力诱发马氏体的体积分数fhcp和应变量之间符合Olsen和Cohen用于Fe-Cr-Ni合金的指数关系：fhcp=1-exp{-β[1-exp(1αη)]^n},拟合的参数α、β和n分别为12.5、2.2和0.5,其中n值与Fe-Cr-Ni合金的n值（4.5)不同,表明Fe-Mn-Si基合金在较小的应变量下就可获得比Fe-Cr-Ni合金大得多的应力诱发马氏体量,原因可归结于两种合金的相变机制不同。实验和拟合结果也证实了Olsen和Cohen认为的在Ms点以上不能通过应力诱发得到100%的马氏体。     

Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的机理分析

在相变过程中产生的热弹性马氏体所具有的晶体学可逆性和其形成过程中的自协作效应与取向效应是形状记忆合金产生形状记忆的根本原因，据此对Cu—Zn—A1形状记忆合金观测结果给出了解释．中还阐明了发生热弹性马氏体相变的驱动力来自母相与新相间的自由能差，热弹性马氏体的形状、大小可由相变时的过冷度控制．     

PFD-SMA支撑体系的抗震性能

对传统的Pall摩擦阻尼支撑体系进行改进,提出一种PFD-SMA支撑体系,充分利用Pall摩擦阻尼器(PFD)和形状记忆合金(SMA)的优点,使该体系具有强耗能能力和自复位功能;考虑几何非线性采用ANSYS程序对SMA棒材和PFD-SMA体系进行分析。研究结果表明:SMA棒材具有较强的耗能能力,且可恢复应变大;在钢框架结构中采用PFD-SMA体系能有效降低结构的地震响应,提高结构的抗震性能,同时,该体系可通过形状记忆超弹性及形状记忆效应具有双重自复位功能,表明PFD-SMA体系具有良好的抗震性能。     

Cu-Zn-Al合金热弹性马氏体稳定化及单向记忆寿命估计

本文研究了Cu-Zn-Al合金热弹性马氏体稳定化问题。实验表明,不论直接淬火或分级淬火的合金,当其在马氏体状态时效时,都会发生热弹性马氏体稳定化现象,但后者稳定化速率大为减小,其激活能远大于前者。这一结果可用来估计单向记忆寿命。此外,本文还从结构上研究了马氏体稳定化机理,认为再有序化和空位钉扎是影响马氏体稳定化的诸多因素中的两个重要因素。