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冷变形和热处理对TiNiCr形状记忆合金相变和超弹性影响的研究

作　者: 李镭
导　师: 司乃潮
学　校: 江苏大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TiNiCr形状记忆合金(SMA) 相变超弹性冷变形中温处理时效处理
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文以TiNiCr形状记忆合金为研究对象,着重研究了不同的冷变形、中温处理以及时效处理对该形状记忆合金相变的影响,以及拉伸力-变形量循环对TiNiCr合金超弹性的影响。通过差示扫描量热试验和金相组织照片的观察,研究了不同的冷变形、中温处理对TiNiCr形状记忆合金的DSC曲线以及相变点的影响。从DSC曲线中可以看出加热和冷却的过程中均出现一个峰值,也就是说加热过程中只发生了B19′相（M）→B2相（P）转变,冷却过程中发生了B2相（P）→B19′相（M）转变,没有观察到R相的产生。试验表明,马氏体相转变温度Ms随着冷变形量的增加先升高,当冷变形超过15%后,相变点Ms随冷变形量的增加而降低。As、Af在冷变形量为15%时达到最大。热处理能显著提高马氏体相变温度,使得相变更容易进行,460℃中温处理使TiNiCr合金Ms增幅较大,而随着热处理温度的继续增加,Ms差距变小。在400℃时效处理下,保温时间越长,Ms、Mf温度降低越明显。而热滞As-Ms几乎不受中温处理时间的影响。通过差示扫描量热试验和D/max2500PC全自动X射线衍射仪,研究了时效处理对TiNiCr形状记忆合金的DSC曲线以及相变点的影响。试验表明,当时效温度高于700℃时,由于Ti₃Ni₄析出相的形核和长大所产生的应力场和成分的不均匀诱发了R相变,在冷却的过程中经历了B2-R-B19′两阶段相变。730℃时效时R相变充分,相变区间小。当750℃时效时,Rs、Rf降低。实验中记录下来的不同冷变形、不同热处理温度、不同保温时间下的TiNiCr形状记忆合金的各个相变点,为确定相应生产工艺提供了参考。通过拉伸试验,研究了不同冷变形和热处理条件下的试样的拉伸力-变形量循环曲线,从而研究了它们对TiNiCr形状记忆合金超弹性的影响。试验表明,不同冷变形量丝材经同一温度退火处理后,冷变形量愈大,非线性超弹性性能受拉伸力-变形量循环影响愈小。同一变形量的丝材,热处理温度越高,非线性超弹性性能受拉伸力-变形量循环影响越大。经过热处理工艺处理后的试样,在拉伸力-变形量循环过程中都会产生一定的残余应变,同时滞回曲线所包围的面积逐渐减小,并渐趋稳定。总之,合金丝材经冷变形+热处理后,必须经过一定次数的拉伸力-变形量循环处理,才能获得完全的非线性超弹性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-31
  1.1 形状记忆合金  12-17
    1.1.1 形状记忆合金的概述  12
    1.1.2 形状记忆合金的发展  12-13
    1.1.3 形状记忆合金的分类  13-14
    1.1.4 形状记忆效应的机理  14-16
    1.1.5 TiNi合金的记忆效应  16-17
  1.2 热弹性马氏体相变的基本特征和分类  17-21
    1.2.1 热弹性马氏体  17-18
    1.2.2 热弹性马氏体相变的热力学特点及其分类  18-19
    1.2.3 Ti-Ni合金中的热弹性马氏体相变  19-20
    1.2.4 第三元素的加入对TiNi基形状记忆合金相变的影响  20-21
  1.3 Ti-Ni系三元合金中的马氏体相变  21-22
    1.3.1 Ti-Ni-Cu合金  21
    1.3.2 Ti-Ni-Nb合金  21-22
    1.3.3 Ti-Ni-Pd合金  22
  1.4 形状记忆合金的超弹性及其影响因素  22-25
    1.4.1 形状记忆合金的超弹性  22-23
    1.4.2 形状记忆效应和超弹性之间的关系  23-24
    1.4.3 形状记忆合金超弹性的影响因素  24-25
  1.5 TiNi基形状记忆合金超弹性的应用  25-28
    1.5.1 医疗器械方面的应用  25-26
    1.5.2 超弹性镍钛铬合金眼镜架  26-27
    1.5.3 工程方面的应用  27-28
  1.6 TiNiX记忆合金超弹性的研究现状  28-29
  1.7 本文研究的内容和目的  29-31
    1.7.1 课题提出的理论依据  29
    1.7.2 试验研究目的  29
    1.7.3 试验研究内容  29-31
第二章试验的材料及试验方法  31-37
  2.1 试验的研究方法和技术路线  31-32
  2.2 试验材料  32
  2.3 试验丝的冷变形处理  32
  2.4 试验的热处理工艺  32-34
    2.4.1 试样的中温处理  32-33
    2.4.2 时效处理  33-34
  2.5 差示扫描量热(DSC)实验  34-35
  2.6 拉伸试验  35
  2.7 显微组织分析  35-36
  2.8 X射线衍射(XRD)实验  36-37
第三章冷变形和中温处理对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  37-49
  3.1 前言  37
  3.2 Ti-Ni形状记忆合金的相变与DSC曲线  37-39
    3.2.1 TiNi形状记忆合金的相变  37-38
    3.2.2 DSC曲线  38-39
  3.3 冷变形对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  39-42
    3.3.1 冷变形对DSC曲线的影响  39-41
    3.3.2 冷变形对TiNiCr形状记忆合金相变温度的影响  41-42
  3.4 中温处理对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  42-46
    3.4.1 中温处理温度对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  42-44
    3.4.2 中温处理时间对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  44-46
  3.5 通过不同变形量下TiNiCr的显微组织来解释冷变形对相变的影响  46-48
  3.6 本章试验结论  48-49
第四章时效处理对TiNiCr形状记忆合金的相变影响  49-58
  4.1 前言  49
  4.2 时效处理温度对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  49-53
  4.3 时效处理时间对TiNiCr形状记忆合金相变的影响  53-55
  4.4 时效后的金相组织  55-56
  4.5 本章试验结论  56-58
第五章拉伸力-变形量循环对TiNiCr形状记忆合金超弹性的影响  58-65
  5.1 前言  58
  5.2 不同中温处理的TiNiCr形状记忆合金拉伸力-变形量循环曲线  58-61
  5.3 不同冷变形量的TiNiCr形状记忆合金拉伸力-变形量循环曲线  61-62
  5.4 热处理对TiNiCr形状记忆合金超弹性滞回性能的影响  62-63
  5.5 本章试验结论  63-65
第六章结论  65-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
硕士期间发表论文  73

冷变形和热处理对TiNiCr形状记忆合金相变和超弹性影响的研究

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