Ni—Ti形状记忆合金爆炸焊接与复合的试验研究

Ni-Ti形状记忆合金是一种新型的功能材料，采用传统的高温熔融焊接后，常常改变焊接热影响区的形状记忆功能，严重影响了这一功能材料的应用领域。对于冲击韧性值较低的形状记忆舍金，能否实现同种材料的爆炸焊接与异种材料的爆炸复合，并达到其冶金结合，是人们积极探索的一种新方法。采用下限法对形状记忆合金爆炸焊接与复合技术进行了试验研究，并通过增加缓冲板改变常规平行法布药结构，以降低复板运动速度，实现了Ni-Ti合金直接结合的最佳爆炸焊接界面和Ni-Ti合金与0Cr18Ni9及黄铜H62板复合界面的波状结合。

退火工艺对Ti-Ni-V形状记忆合金相变和形变行为的影响

利用差示扫描量热仪和拉伸试验研究了400℃×10~120 min和500℃×10~120 min退火态Ti-50.8Ni-0.5V合金的相变行为、拉伸性能和形状记忆行为。结果表明:随退火温度和时间变化,合金的相变类型、R相变温度T_(R)和热滞ΔT_(R)、马氏体相变温度T_(M)和热滞ΔT_(M)、抗拉强度R_(m)、伸长率A、应力诱发马氏体相变临界应力σ_(M)、加载-卸载残余应变ε_(R)和能耗W_(D)的变化规律如下:400和500℃退火态Ti-50.8Ni-0.5V合金皆发生B2→R→B19’/B19’→R→B2(B2-母相,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;B19’-马氏体相,单斜结构)型相变;T_(R)^(400℃)>T_(R)^(500℃),T_(M)^(500℃)>T_(M)^(400℃),ΔT_(M)^(400℃)>ΔT_(M)^(500℃)≥ΔT_(R)^(400℃)≈ΔT_(R)^(500℃)≈4℃;R_(m)^(400℃)>R_(m)^(500℃),A^(500℃)>A^(400℃);400℃退火态合金的超弹性(SE)稳定性高于500℃退火态合金。随退火时间延长,T_(R)^(400℃)、T_(R)^(500℃)、T_(M)^(400℃)和T_(M)^(500℃)升高,ΔT_(M)^(400℃)和ΔT_(M)^(500℃)减小,ΔT_(R)^(400℃)和ΔT_(R)^(500℃)在3.5~4.6℃之间变化;400℃退火态合金保持SE,500℃退火态合金由SE向SE+SME(形状记忆效应)转变;σ_(M)^(400℃)和σ_(M)^(500℃)降低;W_(D)^(400℃)和W_(D)^(500℃)增加;ε_(R)^(500℃)先降后升;ε_(R)^(400℃)在0.64%~1.36%之间变化。要使Ti-50.8Ni-0.5V合金获得较高的T_(R),可对其进行400℃退火;要使该合金获得较高的T_(M),可对其进行500℃退火;要使该合金在室温下获得超弹性,可对其进行400℃×10~120 min或500℃×10~60 min退火。

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。

多孔Ni-Ti形状记忆合金在医学和减震方面的应用研究

在对多孔Ni-Ti形状记忆合金的特点及工程应用须解决的关键问题进行分析的基础上,介绍了该材料的最新研究进展。对多孔Ni-Ti形状记忆合金优良的力学性能、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点进行了综述,并对其在医学和减震方面的应用前景和发展趋势进行展望。

Ni-Ti形状记忆合金性能及表面活化研究进展

近等原子比的Ni Ti合金由于其超弹性及形状记忆效应已成为广泛应用于医学领域的生物材料。表面修饰能够进一步改善Ni Ti合金的表面状态 ,提高其抗腐蚀性、生物相容性和生物活性。本文简要论述了Ni Ti合金的表面特性、抗腐蚀性以及生物相容性 ,并对Ni

Ni含量和热处理对Ti-Ni形状记忆合金相变和形变行为的影响

用示差扫描量热仪和拉伸试验对比研究了不同温度退火态Ti50.5，Ni49.5、Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的相变特性和形变行为。中温退火态Ti50.5Ni49.5和Ti49.8Ni50.2合金冷却／加热时的相变类型为A→R→M／M→A（A—母相，R—R相，M—马氏体），Ti49.4Ni50.6合金的相变类型为A→R→M／M→R→A。随Ni含量增加，Ti—Ni合金的相变温度降低，相变热滞增加。随退火温度Tn升高，这3种合金的马氏体相变温度升高，热滞减小；Ti50.5Ni49.5合金的R相相变温度TR恒定不变；Ti49.8Ni50.2和Ti49.4Ni50.6合金的TR先升高后降低。室温下，Ti50.5Ni49.5合金呈现形状记忆效应，Ti49.4Ni50.6合金呈现超弹性，Ti49.8Ni50.2合金呈现形状记忆效应＋超弹性。近等原子比和富镍Ti—Ni合金的形状记忆特性优于贫镍合金。随Ta升高，三合金拉伸曲线的平台应力减小；Ti49.4Ni50.6超弹性合金的滞弹性面积增大，阻尼性增强，能量储存密度和储存效率减小。Ta=673～773K时，Ti—Ni合金的形状记忆特性良好，Ta超过823K后，该特性变差。

Ti-Ni形状记忆合金超弹性的研究进展

Ti-Ni形状记忆合金具有超弹性特性,所显示出的恒弹力、大应变、非线性阻尼和高弹性模量效应可被用来制作储能器、振动控制器和耐磨零件等。评述了Ti-Ni形状记忆合金超弹性的影响因素和计算模拟研究现状。着重介绍了合金成分、热处理、应力-应变循环、冷变形量和实验温度对超弹性的影响,并指出开发多元系Ti-Ni-X超弹性合金和加强合金的超弹性计算模拟是今后的主要研究方向。

Co对Ti-Ni形状记忆合金相变和形变特性的影响

用热重分析仪、X射线衍射仪、示差扫描量热仪及拉伸试验研究了Co对Ti-49.8Ni(at%,下同)形状记忆合金相变和形变特性的影响。结果表明,中温退火态Ti-49.8Ni合金冷却/加热时的相变类型为A→R→M/M→A(A—母相,R—R相,M—马氏体相);随退火温度升高,该合金的马氏体相变温度升高,R相变温度先升高后降低;该合金室温相组成为马氏体,具有形状记忆效应(SME)。用1%Co置换等量Ti后所得Ti-49.8Ni-1Co合金冷却/加热时的相变类型为A→R→M/M→R→A,相变温度低,室温组成相为母相A,具有超弹性(SE)特性。退火温度低于600℃时,Ti-Ni基合金的SME和SE特性良好,退火温度超过600℃后,合金氧化加剧,SME和SE特性变差,塑性显著提高。

Ni47Ti44Nb9形状记忆合金冷轧管材的组织、织构和相变

利用OM、DSC和XRD,研究了Ni_(47)Ti_(44)Nb_9合金热锻棒、热挤压管材和不同热处理条件下冷轧管材的组织、织构和相变.结果表明:热锻棒中的B2相呈较宽的纤维状,主要织构接近{112}〈111〉和{123}〈111〉;热挤压管材纤维组织变细且发生碎化,多数晶粒的取向靠近{111}〈UVW〉;冷轧管材的B2相纤维组织发生严重碎化,抑制了冷却过程中马氏体相变的进行,{111}〈110〉和{112}〈110〉成为主要织构.随淬火温度的升高,冷轧管材硬度下降,M_s和A_s点升高,热滞减小.冷轧管材经600℃/90 min退火,{111}〈110〉和{112}〈110〉织构显著增强,经850℃退火,再结晶晶粒明显长大,M_s点显著提高,热滞和硬度下降,晶粒取向偏离{111}〈110〉和{112}〈110〉.

稀土元素Ce对Ti-Ni形状记忆合金力学性能的影响

采用拉伸试验研究了稀土元素Ce对Ti-Ni合金力学性能的影响,通过扫描电镜对Ti-Ni-Ce合金的断口形貌进行观察。实验结果表明,添加稀土元素Ce使Ti-Ni合金的应力—应变行为有显著影响。在马氏体状态拉伸时,当x(Ce)低于0.5%时,合金的应力—应变曲线出现明显的屈服平台;而当x(Ce)超过1%时,合金的应力—应变曲线上无明显的屈服平台,以连续屈服和强烈的加工硬化为特征。随Ce加入量增加,合金的延伸率降低、脆性增大,断裂类型由微孔聚集型的韧性断裂逐渐转变为沿晶脆性断裂。因此,Ce的加入量不能超过1%,否则将损害Ti-Ni合金的使用性能。

热轧Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金板材的织构及其对拉伸和恢复性能的影响

采用XRD、SEM和拉伸试验机对热轧Ni47Ti44Nb9形状记忆合金板材的织构及其对拉伸和恢复性能的影响进行研究,以便为改善该合金的力学和记忆性能提供理论依据。热轧板材的织构主要为{001}<uv0>和{111}<uvw>丝,沿轧向(RD),{001}<uv0>丝织构中强组分向{001}<010>靠近,{111}<uvw>丝织构中的{111}<112>和{111}<165>组分较强;沿横向(TD),强织构组分为{001}<010>和{111}<132>;热轧板材经高于再结晶温度热处理后,沿轧向,应力诱发马氏体相变临界应力最高,与轧向成45°角方向的临界应力最低,且沿横向拉伸断口表面出现很多微裂纹;经850℃热处理后,临界应力随着冷速的加快而降低,且该温度下退火板材的织构对可恢复应变的影响不明显,基本在7.0%～7.4%。

热/强磁场耦合时效对富镍Ti-Ni形状记忆合金相变行为的影响

采用示差扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM),研究热/强磁场耦合时效对Ti-50.6%Ni(摩尔分数)形状记忆合金中Ti3Ni4相析出及相变行为的影响。结果表明:经过500℃、2.5 h热/强磁场耦合时效处理后,Ti-50.6%Ni合金呈现典型的三阶段相变,即晶界附近的B2—R转变、晶内的B2—B19′转变和晶界附近的R—B19′转变;随着磁感应强度的增加,B2—R相变峰和B2—B19′相变峰均向低温区漂移,而R—B19′相变峰位基本保持不变。TEM观察显示,热/强磁场耦合时效后,晶界附近的Ti3Ni4析出相数量明显减少,表明热/强磁场耦合时效可能阻碍了晶粒内部的Ni向晶界周围迁移,抑制了Ti3Ni4相的形核。

真空感应熔炼用石墨坩埚对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金质量的影响

研究了三种不同种类的石墨坩埚进行真空感应熔炼Ni47Ti44Nb9形状记忆合金。一种是低密度的挤压石墨材料,另外两种是不同孔隙度和纯净度的等静压石墨材料,并且用纯Ni,Ti和Nb原材料进行Ni47Ti44Nb9形状记忆合金熔炼。采用低等级、低密度石墨坩埚进行熔炼,合金铸锭的碳含量会升高;选用高密度、高纯净度的石墨坩埚可以获得较好质量的合金铸锭。

TiNi形状记忆合金电阻钎焊接头微观组织分析

利用自行改制的数控交流电阻焊机 ,采用CuNi薄带钎料 ,配合改进型钎剂实现了TiNi形状记忆合金电阻钎焊连接。借助于光学显微镜、SEM及EDX对钎缝的组织进行了分析。结果表明 ,试验采用的电阻钎焊工艺对母材的热影响极小 ,接头中没有明显的热影响区 ;在钎缝中存在的Ti3

Ti-Ni形状记忆合金多阶段可逆相变的类型及其演化过程

用示差扫描量热仪(DSC)和部分热循环分析法研究了350—800℃退火态和300—500℃时效态Ti-(50．2—50．8)Ni(原子分数,%)形状记忆合金多阶段可逆相变的类型及其演化过程．结果表明,这些合金发生R和马氏体两种可逆相变,相变可以一阶段完成,也可以多阶段完成．时效态合金的相变比退火态复杂,时效温度越低相变越复杂．若用DSC曲线上冷却相变峰数/加热相变峰数表示相变类型,则退火态和时效态合金冷却/加热时可以发生1/1,2/1,2/2,3/2和3/3等类型的相变．给出了各类相变发生的热处理工艺．多阶段可逆相变是一个渐变过程,在冷却相变峰的温度区间进行部分热循环时,随冷却停止(加热开始)温度降低,逆相变峰温度降低．

再结晶对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金棒相变和织构的影响

利用光学显微镜(OM),DSC和XRD,研究了直径19 mm Ni47Ti44Nb9热轧棒材再结晶对相变和织构的影响,为该合金棒的实际应用提供理论依据。结果表明:热轧棒从450℃开始发生明显再结晶;从850℃/90 min真空退火棒材的中心到边缘,再结晶晶粒尺寸减小,Ms降低,马氏体转变区间变窄,热滞增大;热轧棒中形成了较强的γ丝织构,600℃/90 min退火后,γ丝织构强度稍有下降,退火温度升到850℃,丝织构明显减弱,等密度线发生漫散,形成了新的织构组分,这有利于改善棒材径向方向的恢复应变。

Ca/P层对NiTi形状记忆合金生物相容性的影响

用化学法在 ＮｉＴｉ形状记忆合金表面修饰了一层 Ｃａ／Ｐ层． Ｘ射线分析表明， Ｃａ／Ｐ层的主要成分是 Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ），还有少量的ａ－Ｃａ２Ｐ３Ｏ７和ｂ－Ｃａ３（ＰＯ４）２．原子吸收光谱的测量表明， Ｃａ／Ｐ层抑制镍离子在人体模拟溶液中的溶出，植入试验的结果表明， Ｃａ／Ｐ层改善了 ＮｉＴｉ形状记忆合金的生物相容性。

Ni-Ti形状记忆合金热压缩变形行为及本构关系

采用热模拟实验在变形温度为700—900℃、应变速率为10^(-3)—10~1s^(-1)的条件下,对Ni-Ti合金的热压缩变形行为及变形组织进行了分析.采用实测数据回归分析方法,得出双曲正弦函数形式本构方程中的材料参数;将材料参数对应变进行二次拟合,建立了Ni-Ti合金热变形过程的流变应力与变形温度、应变速率和应变的本构关系.变形激活能Q和结构因子A随应变的增加而减小,应力指数n随应变的增加呈线性增加.有序-无序间的相互转变以及动态回复或动态再结晶的综合作用,是Ni-Ti合金的热压缩变形真应力-真应变曲线变化规律不同于传统非金属间化合物材料的主要原因.

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。

添加Co对Ti-Ni形状记忆合金组织和性能的影响

以400和600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金为对象,用示差扫描热分析仪、光学显微术、X射线衍射仪和拉伸试验研究了添加Co对退火态Ti-Ni形状记忆合金相变、组织和形状记忆行为的影响。结果表明,400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却时皆发生A→R→M(A-母相,R-R相,M-马氏体)两阶段相变;加热时Ti-49.8Ni合金发生M→A一阶段相变,Ti-49.8Ni-1.0Co合金发生M→R→A两阶段相变;600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却加热时皆发生一阶段AM相变。400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金的组织呈纤维状,塑性较差;600℃退火态合金的组织呈等轴状,塑性良好。Ti-49.8Ni合金室温组成相为马氏体,呈形状记忆效应;Ti-49.8Ni-1.0Co合金的室温组成相为母相B2,呈超弹性特性。退火时间对Ti-Ni合金的组织和性能影响不大,合金的相变温度随退火时间延长缓慢升高。形变温度显著影响Ti-Ni合金的超弹性特性,随形变温度升高合金的超弹性应力增加,超弹性滞回面积减小。