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。

Ti-Ni-V形状记忆合金的循环形变特性

用示差扫描热分析仪、光学显微镜、X射线衍射仪和拉伸实验研究退火态Ti-50.8Ni-0.5V(摩尔分数,%)形状记忆合金的相变行为、显微组织和循环形变特性。结果表明:400、500和600℃退火态合金的相变类型分别为A→R/R→A、A→R→M/M→R→A和A→M/M→A(A—母相B2,R—R相,M—马氏体),合金的室温组成相为B2和R相。400、500和600℃退火态合金的显微组织形态分别呈纤维状、纤维状和等轴状。Ti-50.8Ni-0.5V合金在室温下呈超弹性特性,600℃退火态合金的应力诱发M临界应力(σM)高于400和500℃退火态合金的。400℃退火态合金的应力—应变的循环特性稳定,超弹性特性优异,经一次循环后合金即可呈现完全非线性超弹性;500和600℃退火态合金的应力—应变的循环稳定性较差。随循环次数增加,合金的σM降低,循环耗能减小。随循环应变量增大,合金的循环耗能增加,而循环稳定性有所降低。

时效态Ti-50.8Ni-0.5V合金的组织、相变和形状记忆行为

为了揭示时效温度和时间对Ti-50.8Ni-0.5V形状记忆合金超弹性(SE)和形状记忆效应(SME)的影响规律,本文用透射电子显微技术、示差扫描量热仪和拉伸试验分别研究了经300℃、400℃、500℃分别时效0.5 h、1 h、5 h、10 h、20 h、50 h后Ti-50.8Ni-0.5V合金的显微组织特征、相变行为和形状记忆行为。结果表明:300~500℃时效态Ti-50.8Ni-0.5V合金的显微组织由基体和Ti3Ni4析出相组成,其中Ti3Ni4析出相呈透镜状,分布在基体的晶内和晶界。随着时效温度升高和时效时间的延长,Ti3Ni4析出相尺寸增大,密度减小。在冷却/加热过程中,300℃和400℃时效态合金发生B2→R→B19′/B19′→R→B2(B2—母相,CsCl型结构;R—R相,菱方结构;B19′—马氏体,单斜结构)型相变,500℃时效态合金发生B2→R→B19′/B19′→B2型相变。随着时效时间的延长,合金的R相变温度TR和马氏体相变温度TM增加,马氏体相变热滞ΔTM减小,R相变热滞ΔTR变化不大,其中TR400℃>TR300℃>TR500℃,TM500℃>TM400℃>TM300℃,ΔTM400℃>ΔTM300℃>ΔTM500℃,ΔTR300℃≈ΔTR400℃≈4℃。室温下,(300℃,0.5~50 h)、(400℃,0.5~10 h)和(500℃,0.5~1 h)时效态Ti-50.8Ni-0.5V合金呈SE特性,(400℃,10~50 h)和(500℃,1~50 h)时效态合金呈SE+SME特性。要使Ti-50.8Ni-0.5V合金在室温下获得优异的SE特性,可对其进行(300℃,0.5~50 h)或(400℃,0.5~10 h)或500℃/0.5~1 h时效处理。

Ti-50.8Ni-0.5V形状记忆合金的相变、组织与性能

利用XRD、示差扫描热分析仪(DSC)、光学显微镜和拉伸试验研究退火态Ti-50.8Ni-0.5V(摩尔分数,%)形状记忆合金的相变行为、组织特征和力学性能。结果表明:400~700℃退火态Ti-50.8Ni-0.5V合金室温组成相为母相B2和马氏体B19′。随退火温度升高,该合金冷却/加热时的相变类型由B2→R/R→B2型向B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变;R相、马氏体相变温度先升高后降低,极大值28.1℃、-58.5℃分别在400℃、500℃退火态合金中取得;显微组织由纤维状变为等轴状,再结晶温度在550~600℃之间;抗拉强度降低,塑性提高;应力诱发马氏体临界应力ζM先降低后升高,极小值325MPa在450℃退火态合金中取得;残余应变先升高后降低再升高,极大值2.55%在450℃退火态合金中取得,极小值0.65%在500~650℃退火态合金中取得。随形变温度升高,合金由形状记忆效应(SME)向超弹性(SE)转变,SME→SE转变温度可用DSC曲线上马氏体逆相变峰温度tMr+16℃估算。随循环次数增加,400℃退火态合金的ζM稳定,500和600℃退火态合金的ζM先降低后趋于稳定。

Ti-Ni-Co(Cr,V)超弹性合金的相变和形变特性

用示差扫描量热仪和拉伸试验对比研究了Ti-50.8Ni、Ti-49.8Ni-1.0Co、Ti-50.8Ni-0.5V和Ti-50.8Ni-0.3Cr(原子分数%)超弹性合金的相变和形变特性。结果表明,冷却加热时,400℃退火态Ti-50.8Ni-0.3Cr合金发生AR(A-母相,R-R相)一阶段可逆相变,其余3合金发生ARM(M-马氏体)两阶段可逆相变。以Co取代Ni,以Cr、V取代Ti后,Ti-Ni合金的R、M相变温度和相变热降低,M相变热滞增加,R相变热滞变化不大。4种合金室温下皆显示超弹性,加入1.0%Co和0.5%V后,合金的超弹性应力分别减小了130MPa和85MPa,超弹性应变分别减小了1.8和2.4;加入0.3%Cr后,合金的超弹性应力增加了147MPa,超弹性应变减小了2.9;Co、Cr、V的加入使合金的应力-应变回线面积减小。

Ti-Ni-V形状记忆合金超弹性研究

采用拉伸和应力-应变循环实验研究了退火温度、时效温度、时效时间、形变温度和应力-应变循环对Ti-50.8Ni-0.5V（原子分数,%）形状记忆合金超弹性（SE）的影响。随退火温度的升高,合金的应力诱发马氏体临界应力（σM）先减小后增大,超弹性残留应变（εR）先增大后减小再增大,为了获得优异的室温SE,退火温度应取500～600℃。随时效温度的升高,合金的σM降低,εR增加,SE变差;随时效时间延长,300℃时效态合金的SE稳定,400和500℃时效态合金的SE变差。随形变温度的升高,σM增加,SE改善。随循环次数增加,400℃退火态合金的SE稳定;500℃退火态合金的σM降低;600℃退火态合金的SE由非线性向线性转变。