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

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 形状记忆合金
• 1.1.1 形状记忆合金的概述
• 1.1.2 形状记忆合金的发展
• 1.1.3 形状记忆合金的分类
• 1.1.4 形状记忆效应的机理
• 1.1.5 TiNi合金的记忆效应
• 1.2 热弹性马氏体相变的基本特征和分类
• 1.2.1 热弹性马氏体
• 1.2.2 热弹性马氏体相变的热力学特点及其分类
• 1.2.3 Ti-Ni合金中的热弹性马氏体相变
• 1.2.4 第三元素的加入对TiNi基形状记忆合金相变的影响
• 1.3 Ti-Ni系三元合金中的马氏体相变
• 1.3.1 Ti-Ni-Cu合金
• 1.3.2 Ti-Ni-Nb合金
• 1.3.3 Ti-Ni-Pd合金
• 1.4 形状记忆合金的超弹性及其影响因素
• 1.4.1 形状记忆合金的超弹性
• 1.4.2 形状记忆效应和超弹性之间的关系
• 1.4.3 形状记忆合金超弹性的影响因素
• 1.5 TiNi基形状记忆合金超弹性的应用
• 1.5.1 医疗器械方面的应用
• 1.5.2 超弹性镍钛铬合金眼镜架
• 1.5.3 工程方面的应用
• 1.6 TiNiX记忆合金超弹性的研究现状
• 1.7 本文研究的内容和目的
• 1.7.1 课题提出的理论依据
• 1.7.2 试验研究目的
• 1.7.3 试验研究内容
• 第二章 试验的材料及试验方法
• 2.1 试验的研究方法和技术路线
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验丝的冷变形处理
• 2.4 试验的热处理工艺
• 2.4.1 试样的中温处理
• 2.4.2 时效处理
• 2.5 差示扫描量热（DSC）实验
• 2.6 拉伸试验
• 2.7 显微组织分析
• 2.8 X射线衍射（XRD）实验
• 第三章 冷变形和中温处理对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 3.1 前言
• 3.2 Ti-Ni形状记忆合金的相变与DSC曲线
• 3.2.1 TiNi形状记忆合金的相变
• 3.2.2 DSC曲线
• 3.3 冷变形对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 3.3.1 冷变形对DSC曲线的影响
• 3.3.2 冷变形对TiNiCr形状记忆合金相变温度的影响
• 3.4 中温处理对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 3.4.1 中温处理温度对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 3.4.2 中温处理时间对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 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
• 3.6 本章试验结论
• 第四章 时效处理对TiNiCr形状记忆合金的相变影响
• 4.1 前言
• 4.2 时效处理温度对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 4.3 时效处理时间对TiNiCr形状记忆合金相变的影响
• 4.4 时效后的金相组织
• 4.5 本章试验结论
• 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
• 5.1 前言
• 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
• 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
• 5.4 热处理对TiNiCr形状记忆合金超弹性滞回性能的影响
• 5.5 本章试验结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文