退火和变形温度对Ti-Ni-Cr形状记忆合金弹簧低温超弹性的影响

利用拉伸试验研究了350~800℃退火态Ti-50.8Ni-0.3Cr合金弹簧在-20~20℃温度范围变形时的低温超弹性。结果表明,在350~800℃温度范围退火时,随退火温度升高,该合金弹簧对外输出应力先降低再升高,而后趋于稳定。在-20~20℃温度范围变形时,随变形温度升高,该合金弹簧对外输出应力增大。要使该合金弹簧在-20℃下获得残余应变较小的超弹性,可对其进行350~400℃或550~800℃退火处理;要使该合金弹簧在-10~20℃下获得残余应变较小的超弹性,可对其进行350~500℃退火处理;要使该合金弹簧在-20~20℃下获得较大的能耗,可对其进行450~800℃退火处理。随退火温度升高,该合金弹簧的应变恢复率降低;随应力-应变循环次数增加,该合金弹簧的应变恢复率先降低后趋于稳定。预循环训练能明显提高该合金弹簧应变恢复率的稳定性。

超弹性形状记忆合金自恢复与耗能平衡设计理念

超弹性形状记忆合金具有优越的自恢复性能,在工程抗震应用中能够赋予结构完美的自复位性能,但由于其超弹性旗帜形本构关系,自身耗能能力十分有限,致使其难以满足结构地震下的抗震需求。探求在保留形状记忆合金自恢复性能的前提下,尝试将超弹性形状记忆合金与摩擦阻尼器组合应用,以使形状记忆合金系统的耗能能力最大化。首先,对超弹性形状记忆合金自恢复耗能平衡设计理念进行深入研究,引入系统平衡参数的概念,提出相应的配比设计公式;随后,通过开展形状记忆合金超弹性性能试验、简易摩擦阻尼器试验以及组合张拉试验,证明上述平衡设计理念的实用性以及平衡设计公式的可行性。平衡设计理念的提出以及其验证能够推进并指导形状记忆合金在工程抗震中的应用。

形状记忆合金增强水泥基复合材料及其构件研究进展

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基材料抗裂性能差的缺陷,改善水泥基材料构件的开裂和变形自恢复能力。本文从形状记忆合金的材料特性与种类、形状记忆合金纤维增强水泥基复合材料及形状记忆合金筋材增强水泥基复合材料构件三个方面进行综合阐述,并指出现有研究中存在的不足,展望了形状记忆合金增强水泥基复合材料的发展前景。

Zr掺杂对Ti-Ni形状记忆合金相变、拉伸性能和循环超弹性的影响

为了开发超弹性优异的Ti-Ni基形状记忆合金(SMA),以600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr(摩尔分数)SMA为研究对象,用示差扫描量热仪、XRD、SEM和拉伸试验研究了Zr掺杂对Ti-Ni基SMA相组成、相变行为、拉伸性能和循环超弹性的影响。结果表明:掺杂0.1%Zr不影响Ti-Ni SMA的组成相和相变类型,但降低马氏体相变温度(t_(M)),增加相变热滞(Δt),提高抗拉强度(R_(m)),降低伸长率(A),增强非线性超弹性稳定性。600℃退火态Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的室温组成相主要为母相B2,冷却/加热时发生B2→B19′/B19′→B2一步可逆马氏体相变;掺杂0.1%Zr后,Ti-Ni SMA的t_(M)降低了34℃,Δt增加了22℃,R_(m)增加了79 MPa,A降低了22%。随应力-应变循环次数增加,Ti-50.8Ni合金由部分非线性超弹性转变为线性超弹性,Ti-50.8Ni-0.1Zr合金则始终保持稳定非线性超弹性,两种合金的超弹性残余应变(ε_(R))和能量耗散(W_(D))均先降低后趋于稳定。随着循环应变速率的增加,Ti-50.8Ni合金的W_(D)和等效阻尼比先降低后趋于稳定;Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比先升高后趋于稳定。随循环应变幅值的增加,Ti-50.8Ni和Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的W_(D)和等效阻尼比皆升高。

Hf含量对Ti_(49-X)Ni_(44)Cu_(6)Y_(1)Hf_(X)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-X)Ni_(44)Cu_(6)Y_(1)Hf_(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-X)Ni_(44)Cu_(6)Y_(1)Hf_(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,可以完全回复。

形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用

背景:随着科技的不断进步,新技术和新方法的引入将为形状记忆合金在辅助和康复领域的应用带来更多的可能性和新的突破。目的:通过综述形状记忆合金在辅助器具和康复设备中的应用现状,讨论它们的主要方法、技术和结果,归纳总结并提出建议,希望形状记忆合金能够不断优化,为辅助和康复设备的发展带来更多新的变革。方法:通过计算机检索万方、Pub Med和Web of Science数据库,以“形状记忆合金,应用进展,正畸,矫形,假肢,康复,特性,植入,力学性能,镍钛记忆合金,驱动”为中文检索词,以“Shape memory alloys,Application,Orthodontics,Orthopedic,Prosthetics,Rehabilitation,Properties,Implant,Drive,Progress,Prostheses”为英文检索词,最终纳入91篇文献进行综述。结果与结论:(1)形状记忆合金具有耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性、抗疲劳性和抗扭结性等特性,相比其他传统材料(不锈钢、钛合金、钴铬合金等)具有更低的弹性模量且无生物毒性,适合作为假体长期植入体内。由于其具有形状记忆效应和优异的力学性能,遂主要作为驱动元件或作为连接设备和人体的桥梁应用于假肢、矫形器和康复设备中。(2)使用形状记忆合金驱动元件能够减轻设备质量、消除噪声、容易操作、便于携带和更好地辅助关节运动等,比起使用气动、液压和电气驱动方法的设备优势明显。(3)另外形状记忆合金在变形时能够产生恒久、稳定的应力,相比不锈钢、钛合金和铝合金矫形器具有更高的材料回收率且不用频繁更换调整,所以在矫治畸形方面更具实用价值。(4)目前形状记忆合金在矫形器中应用最多,在镫骨假体中的临床应用效果最好。而由于技术及成本等的限制,形状记忆合金在假肢和康复设备中的应用较少,且缺乏对应用效果的大样本研究。(5)虽然形状记忆合金在辅助和康复领域得到了一定的发展,但仍存在许多问题:对形状记忆合金进行精准控制很难;形状记忆合金的冷却速度慢;无法对其变形速度进行控制;缺乏对不同性状形状记忆合金的对比研究和专家共识;形状记忆合金成本高,价格贵。(6)未来应注意开发新型形状记忆合金,增加对比性研究,采用新技术、新方法(如4D打印等)解决目前存在的问题,从而研发出高性能的辅助器具和康复设备。

镍钛形状记忆合金内固定器械标准的发展现状

镍钛形状记忆合金因具有优越的反复使用稳定性、超弹性、低杨氏模量、生物体适应性、耐腐蚀性,被广泛用于制造医疗器械。该研究通过介绍政府相关部门已颁布的与镍钛形状记忆合金内固定器械紧密相关的标准内容,分析标准的特点和不足。结果显示,镍钛合金骨板的标准体系较完善、健全和清晰;对于规范镍钛合金骨科内植入器械的生产、检测、使用和产品质量都具有较高的使用价值,但存在产品标准跟不上产品研发的步伐、标准门槛较低、对产品标准实施力度不够、性能评估不全面和安全性评估不充分等问题。因此,应根据现有工艺技术水平不断提高镍钛形状记忆合金内固定器械标准参数和技术指标,加强行业标准协同制定和人才队伍建设,从而推动镍钛形状记忆合金内固定器械的发展和产品质量的提高。

形状记忆合金对蒸汽发生器一次侧高水位密封组件结构及性能的优化

为替代蒸汽发生器一次侧高水位堵板装拆人工作业,利用形状记忆合金的超弹性,通过在密封组件中预埋形状记忆合金,研制了一种新型密封组件,为在核电高辐射区域应用机器人实施关键设备检修——高水位堵板装拆作业奠定了基础。与传统密封组件相比,新型蒸汽发生器高水位密封组件的结构及性能得到极大优化:省去了干密封—自密封—湿密封3道充气环密封,结构更紧凑轻便,堵板装拆机器人执行末端负载大大减轻(新型密封组件小于5 kg);预埋的形状记忆合金圈采用三道同心圆分布和二次硫化工艺,解决了金属/非金属硫化成型变形问题,回弹性好,从而满足密封组件可折叠进入,同时又可以在仅有中板支撑时稳定、准确地落座在主管道法兰环座上。

超弹性形状记忆合金螺旋弹簧恢复力的数值模拟

形状记忆合金(SMAs)在土木工程被动控制领域的研究近年来得到了极大的关注。研究人员已经提出了多种含有SMA丝的隔震器和阻尼器,大尺寸SMA超弹性螺旋弹簧是一种可输出较大位移的阻尼器。由于以往在结构防震减灾领域有关SMA螺旋弹簧力学性能的研究较少,因此在Liang和Rogers提出的SMA应力-应变本构模型的基础上,针对SMA螺旋弹簧恢复力特性建立了一种便于工程应用的新型宏观模型,并利用MATLAB程序进行了数值模拟以验证所提出模型的适用性和正确性。研究结果表明:SMA螺旋弹簧具有较好的复位和耗能能力;同时,根据该宏观模型得到的数值模拟结果与其他学者的试验研究结果吻合较好。总的来看,数值模拟方法可较准确描述超弹性弹簧的力学行为,且方便在现有常规结构软件中实现。

大尺寸超弹性镍钛形状记忆合金螺旋弹簧滞回性能

利用2种镍钛形状记忆合金(SMA)研制了大尺寸超弹性螺旋弹簧,对其进行了单轴反复荷载作用下的滞回性能试验,研究了超弹性SMA螺旋弹簧的恢复力特性与耗能能力,分析了加载频率、位移幅值对2种SMA螺旋弹簧滞回曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移等力学性能参数的影响;采用刚弹性模型和Bouc-Wen模型,建立了适用于整体结构分析的SMA螺旋弹簧简化恢复力模型,并利用该模型进行了数值模拟。结果表明:超弹性SMA螺旋弹簧具有稳定的滞回曲线,且具有良好的复位性能和大变形能力,可用于结构自复位控制装置的研发;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了简化恢复力模型的正确性。

形状记忆合金超弹性弹簧的设计

基于Ｌｉａｎｇ的模型［２］对形状记忆合金（ＳＭＡ）弹簧在超弹性范围内的本构关系进行了数值仿真，针对ＮｉＴｉ基合金进行了ＳＭＡ超弹性螺旋弹簧的设计。

超弹性形状记忆合金丝(NiTi)力学性能的试验研究

从土木工程振动控制的角度出发 ,通过NiTi形状记忆合金丝处于超弹性状态下的力学性能试验 ,研究温度、加载速率、应变幅值、循环次数等加载工况对形状记忆合金的相变应力、耗能能力、变形模量及残余应变等力学性能参数的影响规律 ,并给出了各力学性能参数与主要影响它的加载工况之间的关系。试验和分析结果表明 ,处于超弹性状态下的形状记忆合金具有良好的耗能阻尼性能、较大的可恢复变形能力和很高的结构驱动能力 ,可满足土木工程结构振动控制的需要。

时效工艺对Ti-Ni-V形状记忆合金显微组织和超弹性的影响

采用TEM和拉伸实验研究经300、400和500℃分别时效0.5-100 h后,时效温度和时效时间对Ti-50.8Ni-0.5V(摩尔分数,%)形状记忆合金室温显微组织和超弹性(SE)的影响。结果表明,时效温度对合金析出相形貌和SE特性的影响比时效时间显著。随时效温度的升高,合金中Ti3Ni4析出物形态由颗粒状向针状再向粗片状演变,合金的应力诱发马氏体相变临界应力(σM)降低,SE特性变差。300℃时效态合金的σM最大,SE最好;500℃时效态合金的σM最小,SE最差。随时效时间的延长,300℃时效态合金的SE特性稳定,σM和超弹性能耗降低;400和500℃时效态合金的超弹性残余应变增加,SE特性逐渐消失。

近等原子比NiTi形状记忆合金的超弹性

研究了冷拔量、热处理工艺参数对Ｔｉ４９．８％Ｎｉ合金丝材的超弹性的影响。结果表明不同冷拔量、不同退火工艺处理的丝材获得完全超弹性的温度区间、超弹性特性都不相同，获得最大超弹性应变量的处理工艺为冷拔量３９％、退火温度７２３Ｋ、保温时间３０ｍｉｎ。

超弹性TiNi形状记忆合金棒材力学行为

基于工程振动控制的角度,通过TiNi形状记忆合金棒材在室温条件下的力学性能试验,以相变应力、变形模量、残余应变、耗能能力等作为该合金棒材的力学特征参数,分析了这些特征参数随加载速率、应变幅值、载荷循环等加载工况的变化规律。结果表明:超弹性TiNi形状记忆合金棒材具有良好的耗能能力及阻尼性能,可满足工程结构振动控制的需要。但在工程应用时,应考虑加载速率、应变幅值、载荷循环等因素对TiNi形状记忆合金棒材力学行为的影响,根据具体工况合理设计。

循环加载条件下TiNi形状记忆合金超弹性变形特性分析与模拟

超弹性是形状记忆合金(SMA)重要的力学性能之一,本文在试验研究的基础上讨论了在不同试验温度和应变速率的循环加载条件下,TiNiSMA的超弹性变形特性。从唯象观点分析了循环变形期间相变应力和弹性模量的变化。通过引入三个内变量,即循环期间所累积的残余应力、残余应变和残余马氏体相,表征承受加载和卸载的TiNiSMA循环超弹性变形。在此基础上,提出了模拟TiNiSMA的超弹性变形方法。在部分加载的内循环情况下,采用相变应变函数的混合规则表达材料的弹性模量。

预变形对TiNiCr形状记忆合金超弹性及显微组织的影响

通过对TiNiCr形状记忆合金丝施加不同的预变形,利用拉伸实验和光学显微镜研究不同预变形对TiNiCr形状记忆合金超弹性和显微组织的影响。结果表明:预变形对TiNiCr形状记忆合金弹性有着显著的影响,TiNiCr合金弹性随着变形量的增加而增加,当变形量达到51.4%时,弹性的增加不明显,单纯的预变形不能使TiNiCr达到完全的非线性超弹性,但会使TiNiCr产生一种细小板条状且高度形变的马氏体变体;当变形量达到48.6%时,马氏体变体的体积明显增大,极大地提高了母相的强度,从而显著提高TiNiCr丝的弹性。

生物医用无Ni超弹性β钛形状记忆合金研究进展

概述了以TiNi合金和β钛合金为代表的生物医用金属材料的使用特性,包括生物相容性和生物力学适应性,介绍了形状记忆和超弹性TiNb基β钛合金医用材料的研究发展状况和最新进展,指出了生物医用钛合金应用技术的研究发展方向。开发不含Ni的低弹性模量、优异生物相容性和生物力学适应性的TiNb基形状记忆和超弹性β钛合金成为生物医用材料发展的一个重要方向。

热处理对形状记忆合金超弹性滞回性能的影响

采用与文献 [1]相同组分的 Ni Ti合金材料 ,将其用不同的热处理工艺进行处理 ,分析了不同热处理后其超弹性滞回性能在不同温度和不同应变幅值下的变化规律 ;通过与文献 [1]的对比 。

超弹性形状记忆合金棒力学性能的实验研究

对超弹性形状记忆合金(SMA)棒进行力学性能实验,研究了荷载循环、应变幅值和荷载频率对其滞回曲线以及耗能量、损耗因子、残余应变的力学参数的影响。结果表明,应力-应变曲线在循环加卸载中逐渐变化并趋于稳定;耗能量和损耗因子均随应变幅值的增加而增加,随荷载频率的增加而减小;稳定的SMA棒的超弹性、耗能能力和阻尼性能均较差,但其输出力较大,故可作为复位或限位装置用于土木工程中。