矫直温度对Ti-50.8Ni超弹性合金丝材相变行为及力学性能的影响

采用示差扫描量热仪(DSC)、拉伸试验及透射电镜研究了不同矫直温度对Ti-50.8Ni超弹性合金丝材相变特性、超弹性及微观结构的影响。结果表明,冷矫态合金丝材冷却/加热时的相变类型为A→M/M→A,而温矫态及热矫态合金丝材冷却/加热时发生A→R→M/M→A(A―母相,R―R相,M―马氏体)型相变;冷矫态合金丝材组织择优取向性强,位错密度高,亚晶界弯曲模糊;而热矫态合金丝材缺陷密度最低,亚晶界平直清晰,超弹性最好。分析认为,应力、位错密度对Ti-50.8Ni超弹性合金丝材的相变特性及超弹性有重要的影响。

V和Cr对Ti-Ni超弹性合金相变和形变特性的影响

用示差扫描量热仪和拉伸实验研究了V、Cr和退火温度对Ti-50.8Ni(原子分数,%)超弹性合金相变和形变特性的影响.350—550℃退火态Ti-50.8Ni合金冷却/加热时发生A■R■M两阶段可逆相变(A—母相,R—R相,M—马氏体).随退火温度升高,合金的R和M相变温度θ_R和θ_M先升高后降低,M相变热滞Δθ_M持续降低,R相变热滞Δθ_R基本不变.加入0.5%V后,合金的相变类型和Δθ_R、Δθ_M基本不变,θ_R、θ_M降低;加入0.3%Cr后,相变类型和Δθ_R基本不变,Δθ_M增加,θ_R和θ_M大幅度降低.400℃退火态Ti-50.8Ni合金的超弹性应力和应变分别为473 MPa和6.4%,加入0.3%Cr后,合金的超弹性应力增加到620 MPa,超弹性应变减小到3.5%;加入0.5%V后,超弹性应力和应变分别减小到388MPa和4.9%.当退火温度由400℃升至500℃后,3种合金的超弹性应力均减小.

热处理对Ti-49．8Ni-1．0Co超弹性合金相变行为的影响

用示差扫描量热仪研究了Co对Ti-Ni合金相变特性的影响,以及退火和时效工艺对Ti-49.8Ni-1.0Co(原子分数,%)合金相变行为的影响.结果表明,Co不影响Ti-Ni合金的相变类型,但降低其相变温度,以1.0Co分别取代等量Ti和Ni后,该合金的马氏体相变温度分别降低了109和22℃.350—450℃退火态Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却/加热时发生A→R→M/M→R→A(A为母相,R为R相,M为马氏体)型可逆相变;500—550℃退火态合金发生A→R→M/M→A型相变;600℃以上温度退火态合金发生A→M/M→A型相变.随着时效时间的延长,300℃时效合金的相变类型由A→R→M/M→R→A向A→R/R→A转变;400℃时效合金的相变类型由A→R/R→A向A→R→M/M→R→A再向A→R→M/M→A转变;500℃时效合金的相变类型则保持A→R→M/M→A型不变.给出了退火温度及其时间和时效温度及其时间对R和M相变温度和热滞的影响规律.

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。

Ti-50．8Ni-0．3Cr超弹性合金的相变与形变特性

用示差扫描量热仪、X射线衍射仪、拉伸实验和循环实验研究了退火温度、形变温度和应力-应变循环对Ti-50.8Ni- 0.3Cr超弹性(SE)合金丝和弹簧相变、形变及应力循环特性的影响.350—600℃退火态Ti-50.8Ni-0.3Cr合金室温下呈SE特性,室温组织由母相B2和TiNi_3组成.退火温度显著影响合金的相变类型,随退火温度升高,合金的马氏体相变温度升高,R相变温度先升高后降低,应力诱发马氏体应力先降低后升高;随形变温度的升高,SE弹簧的应力诱发马氏体切应力增加;随应力循环次数增加,SE弹簧的应变恢复率先快速衰减后趋于稳定.预循环训练可增加弹簧SE特性的稳定性.要使该合金弹簧具有良好的SE特性,退火温度应为400—550℃,使用温度应在室温以上.

冷轧变形对Ni-43.5Ti-0.5V形状记忆合金超弹性和显微组织的影响

通过恢复率实验、拉伸实验和显微组织分析，研究冷轧变形对Ni-43.5Ti-0.5V形状记忆合金超弹性和显微组织的影响。结果表明：冷轧变形对NiTiV形状记忆合金超弹性具有显著影响。随变形量的增加，合金超弹性呈现先增加后减小的变化规律。当变形量大于15.4%后，大量位错产生，马氏体变体和形变孪晶组织增多且分布致密，起到强化母相、抑制滑移变形的作用，使合金超弹性显著提高。当变形量大于29.1%时，剧烈的组织畸变导致出现过饱和的高密度位错，促使组织非晶化，超弹性开始减小。当变形量在23%~25%范围内变化时，合金获得最佳的非线性超弹性。单独依靠冷轧变形不能使NiTiV合金呈现完全非线性超弹性。另外，恢复率实验能够改善合金的超弹性，并发现了超弹性的稳定性变化规律。

形变温度对Ti-Ni合金超弹性弹簧形变行为的影响

采用拉伸试验和应力应变循环试验研究了形变温度及应力应变循环对Ti-Ni50.8超弹性弹簧形变行为的影响。结果表明当形变温度在247K以下时Ti-Ni50.8弹簧呈形状记忆性,形变温度在247K以上时呈超弹性特性。623~773K退火态Ti-Ni50.8弹簧室温下可获得良好超弹性。当退火温度超过873K后,超弹性衰减。在应力-应变循环早期,弹簧应变恢复率衰减很快,随循环次数增加,衰减变慢。Ti-Ni50.8弹簧预先应力应变循环训练可增强其变形稳定性。

退火和时效工艺对富镍Ti-Ni形状记忆合金显微组织和相变行为的影响

为了给富镍Ti-Ni形状记忆合金热处理工艺的优化提供依据,以Ti-50.8Ni合金丝为对象,用光学显微镜、透射电子显微镜和示差扫描量热仪研究了退火和时效工艺对富镍Ti-Ni合金显微组织、相变类型、相变温度和相变热滞的影响规律。Ti-50.8Ni合金丝经350~800℃+5~120 min退火处理后,随退火温度和时间增加,合金发生回复、再结晶和晶粒长大过程,再结晶温度在600℃左右,显微组织形态由纤维状向等轴状变化;冷却/加热相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变(B2-母相,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;B19′-马氏体相,单斜结构);R相变温度θ_(R)先升后降,极大值35.2℃在400℃退火态合金中取得;马氏体(M)相变温度θ_(M)升高,M相变热滞Δθ_(M)降低,R相变热滞Δθ_(R)约为4℃。该合金经300~500℃+0.5~50 h时效处理后,随时效温度和时间增加,合金中Ti3Ni4析出物形貌由细小颗粒状→针状→粗片状变化;300℃和500℃时效态合金的相变类型分别为B2→R→B19′/B19′→R→B2和B2→R→B19′/B19′→B2,400℃时效态合金的相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型转变;θ_(R300)、θ_(R400)、θ_(R500)、θ_(M300)和θ_(M500)升高;θ_(M400)先降后升,极小值-121.4℃在400℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_(M300)和Δθ_(M400)先升后降,极大值70.5℃和129.4℃分别在300℃+5 h和400℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_(M500)降低,Δθ_(R300)和Δθ_(R400)约为4℃。

新型Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb钛合金的形状记忆和超弹性(英文)

采用弯曲和循环拉伸实验研究了新型Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb(TLM)钛合金的形状记忆和超弹性性能。探讨了变形温度、总应变和热处理等对TLM钛合金形状记忆和超弹性的影响规律。结果表明:新合金在热轧态和在α+β两相区固溶处理后空冷比从β相区固溶处理后空冷条件下具有较高的形变恢复率,最大恢复应变可达1.8%。随着总变形应变增加,形变恢复率降低。从β相区固溶处理后空冷后TLM合金具有较好的超弹性,优于热轧态或时效处理后TLM合金的超弹性能。

退火工艺对Ti-50.8Ni形状记忆合金相变和低温形变特性的影响

用示差扫描量热仪和拉伸试验研究了退火温度Tan和退火时间tan对Ti-50.8Ni形状记忆合金相变和低温形变特性的影响。Tan=350～800℃时,随Tan升高,合金冷却/加热相变类型发生由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型再向A→R/R→A型转变(A-母相,R-R相,M-马氏体),且R相变温度TR先升高后降低,M相变温度TM升高,M相变热滞ΔTM降低,R相变热滞ΔTR(约4℃)基本不变。随tan延长,400℃退火态合金的相变类型A→R→M/M→R→A保持不变,500℃退火态合金的相变类型发生由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型转变,且TM升高,ΔTM降低,TR和ΔTR不变。600～700℃退火态合金的塑性显著大于350～550℃退火态合金。在12℃变形时,600℃以上温度退火态合金呈现SE特性,600℃以下温度退火态合金呈现SME特性。随tan延长,合金应力-应变曲线上的平台应力降低。要使Ti-50.8NiSMA在较低温度下获得SE,退火温度应在600℃以上。

时效对TiNiCr形状记忆合金马氏体相变与超弹性的影响(英文)

通过X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微观察(TEM)、差式扫描量热分析(DSC)与拉伸实验研究时效处理对Ti48.4Ni51.1Cr0.5合金显微组织、马氏体相变与超弹性的影响规律与机制。经400°C时效处理30 min后,合金中形成Ti3Ni4析出相。当时效温度介于400°C和500°C之间时,合金表现出两步马氏体相变。经时效处理的Ti48.4Ni51.1Cr0.5合金在室温下表现出优异的超弹性。随时效温度自300°C升高到450°C,超弹性恢复率增加。继续升高时效温度,恢复率下降。超弹性应力滞后表现出相反的变化趋势。通过分析Ti3Ni4析出相随时效处理的演化规律解释了时效处理与马氏体相变和超弹性之间的关系。

Ti-22Nb-6Zr(at%)合金的超弹性和形状记忆效应

用弯曲法和拉伸法测定Ti-22Nb-6Zr(at%)合金的超弹性和形状记忆效应,研究固溶处理温度对Ti-22Nb-6Zr合金组织结构及性能的影响。结果表明:固溶处理后Ti-22Nb-6Zr合金的室温组织为单一的β相,晶粒尺寸随固溶处理温度升高而增大;合金的静态弹性模量小于30GPa;Ti-22Nb-6Zr合金具有良好的超弹性和一定的形状记忆效应。室温下变形,合金的超弹性和形状记忆效应随固溶处理温度升高而提高。900℃固溶处理后的合金在室温下拉伸变形,应变为5%时,总的最大回复应变达4.12%,其中超弹性回复应变为3.91%,记忆回复应变为0.21%。

热处理参数对Ti-50.8Ni钛镍合金相变点的影响

研究了不同热处理制度对Ti-50.8Ni钛镍记忆合金丝材性能的影响。实验结果表明,试样经固溶处理后,随温度的升高,Af值变化不大,仅为20℃左右。试样经固溶加时效处理后,随时效时间延长,Af值虽略有上升,但变化不大;时效温度对Af值影响较大,低于480℃随时效温度升高,Af点升高;高于480℃随时效温度升高,Af点下降。试样经固溶时效处理后,水淬的Af值最高;经固溶加时效处理后,炉冷和水淬的Af值较空冷显著提高,但炉冷和水淬2种方式的Af值差别不大。

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。

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。

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．

退火温度对Ti⁃50.8Ni⁃0.1Zr形状记忆合金丝记忆行为和力学性能的影响

用拉伸试验、差示扫描量热仪、光学显微镜和扫描电子显微镜研究了退火温度对Ti⁃50.8Ni⁃0.1Zr合金丝形状记忆效应、超弹性、力学性能和断口形貌的影响。结果表明:350~400℃和600~700℃退火态Ti⁃50.8Ni⁃0.1Zr合金丝呈超弹性(SE),600℃退火态合金丝的平台应力最大(483 MPa)、残余应变最小(0.1%),350~400℃退火态合金丝SE稳定性最好;450~550℃退火态合金丝呈现形状记忆效应(SME),500℃退火态合金丝的平台应力最小(190 MPa),450℃退火态合金丝的残余应变最大(4.9%)、SME稳定性最好。600~700℃退火态合金丝的塑性高于350~550℃退火态,但强度低于后者;400℃退火态合金丝的抗拉强度最大(1489 MPa),650℃退火态合金丝的伸长率最大(35.1%)。退火态Ti⁃50.8Ni⁃0.1Zr合金丝的断口形貌呈韧窝状,属微孔聚集型韧性断裂,韧窝处存在第二相颗粒和孔洞,退火温度对断口形貌的影响不大。

Ti-50.8Ni合金的相变、形状记忆和超弹性特性

用热重分析仪、X射线衍射仪、光学显微镜、示差扫描热分析仪和拉伸试验研究了Ti-50.8Ni形状记忆合金的组织、相变、形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)特性。结果表明,Ti-50.8Ni合金在600℃以下退火后组织呈纤维状,在该温度以上退火后组织呈等轴状。加热温度超过600℃后合金氧化加剧。随退火温度Ta升高,合金冷却/加热过程中的相变类型由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型再向A→R/R→A型转变(A—奥氏体,R—R相,M—马氏体),合金的M相变温度升高,R相变温度降低,M相变热滞降低,合金室温特性由SME+SE向SE转变。形变温度Td<20℃时,合金弹簧呈SME+SE,Td>30℃时,合金弹簧呈SE。随Td升高,合金弹簧的应力诱发M应力升高。

退火态Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的超弹性、形状记忆效应和拉伸性能

用拉伸试验、光学显微镜和扫描电镜等研究了退火温度对Ti-50.8Ni-0.1Zr合金超弹性、形状记忆效应、拉伸性能、显微组织和断口形貌的影响。结果表明:350℃和600~700℃退火态Ti-50.8Ni-0.1Zr合金呈现超弹性(SE),350℃退火态合金SE的稳定性最好;400~550℃退火态合金呈现形状记忆效应(SME),450℃退火态合金SME的稳定性最好。随退火温度升高,合金的平台应力先降后升,分别在500℃和650℃达到最小值156 MPa和最大值486 MPa,残余应变先升高后降低,分别在700℃和450℃达到最小值0.0078%和最大值5.6148%。350~550℃退火态合金的强度高于600~700℃退火态,但塑性低于后者;450℃退火后合金的抗拉强度达到最大值,为1493 MPa, 700℃退火后合金的伸长率达到最大值,为39.1%。退火态Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的断口形貌呈韧窝状,属微孔聚集型韧性断裂。随退火温度升高,韧窝尺寸增加,合金塑性提高。

SMA超弹性及减隔震器的研究与发展

讨论了影响SMA超弹性性能的主要因素,分析了两种不同的超弹性本构关系,总结了SMA超弹性阻尼器在工程振动控制领域的最新研究进展,包括各种阻尼器的减、隔震效果及作用机制,布置方式和优化设计等,展望了SMA在减、隔震方面的发展趋势。