相变对TiNi合金薄壁管中波速的影响

形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变,而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则,推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论,得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数(如拉压不对称性和混合相的模量)有关,还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言,拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速,而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α=90°),慢波的波速最低,并随混合相无量纲模量的增大而显著减低,混合相无量纲模量由2增加至5时,波速降低幅度为36.2%,而快波的波速达到最大值c_(0),和混合相的模量无关;在相变椭圆的长轴处(α=180°),慢波的速度达到最大值,而快波的波速达到最小值c_(2)。

Zr添加及冷轧形变对TiNi合金微观结构及力学性能的影响

采用真空电弧熔炼+吸铸制备Ti_(50-0.5x)Ni_(50-0.5x)Zr_(x)系列合金。金相观察和拉伸力学性能测试表明,添加微量的Zr可有效减小晶粒尺寸而呈现更高的抗拉强度和断后伸长率,过高的Zr含量易导致脆性金属间化合物Zr_(2)Ni的生成而降低力学性能。对Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金进行多道次冷轧形变和退火处理,结果表明:Ti_(49.9)Ni_(49.9)Zr_(0.2)合金的抗拉强度σb及断后伸长率δ均随冷轧退火道次的增加而提高,经过四道次的冷轧变形后,二者分别由未经轧制的561 MPa,11.14%提高到768 MPa,35.1%。SEM和TEM微观观察表明,冷轧过程中沿晶分布的硬质Ti_(2)Ni颗粒被剪切、破碎、细化,呈不连续分布。700℃退火处理后,形变组织发生回复再结晶,出现纳米晶和非晶区,且随冷轧形变的增加,基体中可见大量的板条状纳米孪晶组织和高密度位错。

退火温度对TiNi记忆合金马氏体相变超弹性能的影响

采用X射线衍射仪、差示扫描量热法、透射电镜和拉伸试验等研究了退火温度对拉拔变形后的TiNi记忆合金的微观组织、马氏体相变应力、回复应变、残余应变、吸收能量、储存能量及耗散能量的影响。结果表明:当退火温度由350℃升高至550℃,TiNi记忆合金的平均晶粒尺寸由15 nm增大至400 nm,马氏体相变应力由766 MPa降低至115 MPa,回复应变由6.7%减小至0.8%,残余应变由1.3%增大至7.2%,马氏体相变的吸收能量由50.6 MJ/m^(3)减小至8.6 MJ/m^(3),马氏体相变的储存能量由15.7 MJ/m^(3)减小至0.8 MJ/m^(3),马氏体相变的耗散能量由34.9 MJ/m^(3)减小至8.0 MJ/m^(3)。分析认为退火温度对上述TiNi记忆合金马氏体相变超弹性能的影响主要是因为随着退火温度的升高,TiNi记忆合金的晶粒尺寸增大,晶界密度降低,由此降低了合金应力诱发马氏体相变的阻力,进而影响其超弹性能。

SnAgCu-Al_(2)O_(3)在不同织构角度下对TiNi润滑行为的影响

目的研究高镍钛基合金(TiNi)的摩擦学性能以提高其使用精度和服役寿命。方法以TiNi为研究对象,结合仿生学方法在TiNi表面设计并制备了鱼鳞状表面织构。随后将复合固体润滑剂Sn AgCu-Al_(2)O_(3)(S-A)均匀填充至织构,使用摩擦磨损测试仪对制备的样品进行摩擦实验。最后利用场发射扫描电子显微镜和三维表面形貌仪对磨痕表面进行表征,重点分析表面织构的角度参数对复合材料Sn Ag Cu-Al_(2)O_(3)/TiNi(S-A/TiNi)摩擦学性能的影响。结果与TiNi相比,当表面织构的角度为70°时,S-A/TiNi-70°的平均摩擦因数和磨损率分别降低约81.8%和85.5%,其值分别约为0.1和1.2×10^(-13)m^(3)/(N·m)。结论研究过程中发现,S-A/TiNi-70°试样表现的优异摩擦学性能依赖于S-A固体润滑膜的完整性,摩擦表面形成的固体润滑膜越连续其表面磨损越小。S-A/TiNi-70°试样优异的摩擦学性能主要归因于在表面织构角度为70°时,织构凹槽中的S-A固体润滑剂相较于其他角度更容易流动。这导致织构凹槽中的润滑剂能够大量迁移到摩擦表面形成S-A固体润滑膜,从而减少了摩擦副和基体直接接触。

速度作用下SnAgCu-Al_(2)O_(3)/TiNi的摩擦学性能与磨损机理

高镍钛基合金(TiNi)具有密度低、比强度高等优点,广泛应用于机械工程等领域。由于TiNi合金的耐磨性较差,限制了TiNi合金在相关领域的开发和应用。为了提高TiNi合金的减磨抗磨性能,使用激光打标机在其表面设计制备鱼鳞状表面纹理并填充复合固体润滑剂SnAgCu-Al_(2)O_(3)(S-A/TiNi)。在表面纹理角度参数为70°的条件下,研究了不同速度对S-A/TiNi复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,当速度为0.037 m/s时,S-A/TiNi-70°的磨痕表面产生温升,提高了固体润滑剂的塑形性能。固体润滑剂在应力的作用下固体润滑剂被挤出织构,促进润滑膜产生,获得最佳的摩擦学性能。当速度较高时(>0.037 m/s),摩擦表面温升快,使得固体润滑剂塑性性能增强。润滑膜在应力的作用下产生破坏,导致摩擦学性能降低。当速度较低(<0.037 m/s)时,摩擦表面产生较多的热量,使得固体润滑剂塑性形变过大。在循环应力作用下润滑膜容易发生剥落,导致基体摩擦学性能降低。

新型Acrylic/TiNi复合材料阻尼与力学性能研究

兼具优良吸能特性和高阻尼性能的金属基复合材料有着广泛的应用需求。采用“均混-压制-脱溶-烧结”的四阶段粉末冶金技术制备三维通孔的TiNi多孔材料,并以TiNi多孔材料为基体,基于真空负压渗流技术制备新型Acrylic/TiNi复合材料。内耗测试表明:新型复合材料阻尼能力远高于相应的多孔材料,尤其在室温附近。分析表明,复合材料阻尼能力的提高除与Acrylic的本征高阻尼有关,还与复合材料的多孔TiNi基体和Acrylic之间新增的大量界面阻尼有关。准静态压缩力学性能测试表明:Acrylic/TiNi复合材料可实现和TiNi多孔合金相近的能量吸收效率,这源于复合材料更长且更光滑的压缩平台区。此外,增强相Acrylic的充分渗入,极大提高复合材料的能量吸收能力和屈服强度。压缩形变机制分析表明,复合材料吸能特性的综合提高与压缩过程中TiNi多孔基体和Acrylic填充物之间相互补偿和耦合有关。

工艺参数对TiNi合金/TC4钛合金超声波焊焊接接头形貌和力学性能的影响研究

采用超声波焊对镍和纯铝作为过渡中间层材料的Ti Ni记忆合金和TC4钛合金异种材料进行焊接,研究了不同工艺参数对TiNi/TC4异种金属焊接接头形貌和力学性能的影响规律。结果表明,Al中间层接头界面附近材料的塑性变形程度要远大于Ni中间层接头中的塑性变形,并且有大量的Al被挤出界面。焊接时间和压力对焊接接头的抗拉剪力有明显影响,接头的抗拉剪力随着焊接时间和焊接压力的增加先增大后减小。超声波焊接过程还会改变焊缝区材料的显微硬度,平行于结合面方向,焊核位置相比于未焊接的母材硬度有小幅度的增加,垂直于结合面方向,越接近结合界面,材料的硬度越高,但两者的增幅一般不超过10%。

轧制温度和压下量对Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料的影响

Ti_(2)Ni/TiNi砖砌复合材料由TiNi水泥和分布在其中的Ti_(2)Ni砖块组成,可以通过热轧Ti_(2)Ni/TiNi叠层复合材料进行制备。轧制温度和压下量分别对砖块宽度和间距有重要的影响。当压缩方向垂直于堆叠方向时,所有的样品均出现分层断裂,力学性能大幅降低。当压缩方向平行于堆叠方向时,太大的砖块宽度和太小的砖块间距都会促进Ti_(2)Ni和TiNi之间发生分层的现象。在700℃进行压下量为60%的轧制,砖砌复合材料得到最高的强度((1923.11±70.78)MPa)和最大的断裂应变(0.190±0.017),这是由于合适的砖块宽度和间距阻碍分层失效并促进裂纹的偏转。由此可见,通过优化砖块宽度和间距,可以进一步提高力学性能。

TiNi及TiNiCu形状记忆合金的回复力特征

研究了TiNi二元与TiNiCu三元形状记忆合金的回复力特征,并通过示差扫描量热分析研究了合金的热弹性马氏体相变特征。结果表明:二元与三元合金在一定温度范围内的最大回复力随着预应变的增大而升高,但是当预应变达到或超过其最大可恢复变形极限时最大回复力反而减小。对于TiNi合金,回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而增加,而TiNiCu合金的回复力随温度增长的速率随着预应变的增加而减小。通过对克劳修斯 克拉珀龙方程进行修正,分析了回复力和相变之间的关系。结果表明:TiNi二元合金的冷变形应变越大,相变温度区间越小,其回复力随温度增长的速率就越大;TiNi三元合金的冷变形越大,相变温度区间越大,其回复力随温度增长的速率就越小。

恒载荷下TiNi和TiNiCu形状记忆合金弹簧的热稳定性

TiNi基形状记忆合金弹簧是一种有广阔应用前景的形状记忆合金驱动元件.研究了在电流加热方式下,不同加热温度,不同恒载荷作用下TiNi和TiNiCu记忆合金弹簧的热稳定性.研究表明,恒定载荷下,最初的几次循环后,弹簧的行程变小,而在循环次数超过一定次数后,弹簧的行程不随着循环次数的增加而发生明显变化.对于TiNi和TiNiCu记忆合金弹簧,过热和过载均会向弹簧中引入不可逆的塑性变形,导致其热稳定性的下降.由于Ti3Ni4相粒子的析出强化了基体,在恒载荷下,TiNi合金弹簧较TiNiCu合金弹簧显示出更加良好的热稳定性.

TiNi形状记忆合金的线性回复行为及其稀土渗入改性

提出了TiNi形状记忆合金线性回复行为的新概念 ,采用稀土表面渗入化学热处理的方法 ,研究了对其线性回复性能的影响。实验结果表明 :对TiNi形状记忆合金弹簧渗铈 (Ce)或渗钐 (Sm) ,可以显著改善其线性回复性能。线性回复温度范围TW 从 4℃拓宽到 11℃ ,线性回复率 η从 5 4 %提高到 78% ,线性回复程度PL 从 5 6 %提高到 70 % ,非线性回复程度PS 从 4 4 %减小至 8% ,但总回复程度PT 有所下降。

TiNi 形状记忆合金的工程应用研究现状和展望

综合评述了 TiNi 形状记忆合金的特性及其在工程结构方面的应用研究进展。着重介绍了 TiNi 合金形状记忆效应和超弹性的特点及其工程意义,论述了 TiNi 合金在用于制作驱动器、控制结构变形和开裂、结构振动主动和被动控制以及在耐磨损、抗冲击方面的应用研究现状,并就该研究领域的发展方向提出了一些建议。

热力学训练对TiNi形状记忆合金相变特征的影响

作者通过约束热处理及热力学训练方法 ,得到了具有加热时伸长 冷却时收缩双向记忆效应 (TWSME)的TiNi形状记忆合金弹簧 .在训练过程中 ,作者用示差扫描量热法 (Differen tialScanningCalorimetry ,DSC)研究了不同热力学训练的试样 .结果表明 ,随着训练循环次数的增加 ,TiNi合金逆马氏体相变点升高 ,马氏体相变点下降 ,相变滞后增大 ,并在一定的热力学训练次数之后不再随训练次数的变化而变化 .训练次数对逆马氏体相变点的影响和对双向记忆恢复率的影响趋势一致 。

TiNi记忆合金中微观缺陷作用的正电子凐没研究

本文用正电子湮没方法对TiNi形状记忆合金中微观缺陷及微观缺陷对宏观物理性能的影 响进行了分析和研究。

SHS法制备高孔隙度TiNi合金

使用Ti和Ni的元素粉末,用自蔓延高温合成(SHS)技术制备了等原子的多孔TiNi形状记忆合金,获得的多孔样品具有规整的外形和一定的尺度及较好的孔洞连通性。测量了样品的表观密度、最大孔径和透气性能。用SEM和XRD分析了样品的孔洞特征、元素分布及相组成。结果表明,SHS法制备高孔隙度TiNi合金,产物孔隙度高达50%以上,元素化合充分、成份均匀,且工艺过程短、节省能源,是一种比较理想的制备方法。

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。

TiNi形状记忆合金的相变行为及其影响因素

对近年来有关ＴｉＮｉ形状记忆合金的相变行为及其影响因素等方面的最新研究成果进行了综合评述，主要内容包括化学成分，应力／应变、热／机械循环，冷／热加工和热处理制度等因素对相变温度和相变次序的影响。

温度对医用TiNi形状记忆合金丝微观组织和力学行为的影响

采用透射电镜和拉伸试验研究了温度对医用TiNi形状记忆合金(TiNiSMA)丝微观组织和力学性能的影响。结果表明,TiNiSMA微观组织和力学性能对温度变化极为敏感。对TiNiSMA进行短时加热处理,随加热温度升高,TiNiSMA组织由冷拔态纤维状组织逐渐转变为板条状马氏体群组织,且组织粗化,位错密度下降;TiNiSMA抗拉强度和超弹性能下降,塑性增加,当加热温度超过400℃时这种趋势更加显著。

TiNi形状记忆合金/钛合金异种材料激光焊

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大,故其焊接性较差,焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能,本文对采用激光焊连接0.2mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法,研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹;手工填丝焊则通过合适的焊接工艺,改善了焊缝成形,避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3ms、脉冲频率3Hz;在界面区,Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2μm,Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5μm。接头最大抗拉强度为332MPa,断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。

TiNi基高温形状记忆合金的马氏体相变与形状记忆效应

综述了Ti-Ni基高温形状记忆合金中的马氏体相变和形状记忆效应最近研究进展。Ti-Ni基高温形状记忆合金主要包括用Ti-Ni-Pd,Ti-Ni-Pt,Ti-Ni-Zr和Ti-Ni-Hf等。对Ti-Ni基高温形状记忆合金体材料、薄带和薄膜中的马氏体相变、组织结构、形状记忆效应以及超弹性性能等进行了评述和归纳。值得注意的是,通过适当的时效处理可调节相变温度,显著改善Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金的开头记忆效应和超弹性性能,其主要原因在于时效的Ti-Ni-Hf合金中析出纳米级析出相导致基体强度升高。采取适当的制备和加工方法,提高合金的马氏体相变温度,改善合金的开头记忆效应,是当前TiNi基形状记忆合金研究的主要发展趋势。