NiTiNb形状记忆合金的力学行为及其相变温度的相关性研究

admin · 发表于 2022-9-16 10:50:50

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NiTi基形状记忆合金具有的超弹性、形状记忆效应、优异的力学性能及良好的生物相容性，其应用已遍及航天、航空、电子、机械、能源、医学、农业、机器人以至日常用品等领域。为了丰富和深化热弹性马氏体相变和形状记忆合金的自协作屈服行为研究并为新型高弹高强记忆合金提设计供依据，本文制备了低Nb含量NiTiNb近单相合金及Ni50Ti45Nb5合金，研究了NiTi基形状记忆合金同温不同态的屈服行为，并表征了Ni50Ti45Nb5合金的力学性能及其回复性能。研究发现，低Nb含量近单相NiTiNb形状记忆合金合金的马氏体相变温度随着Ni/Ti比的增加而线性下降。近单相结构的NiTiNb合金在Ms与As之间同温不同态时的力学行为存在显著差异：马氏体的屈服强度要明显高于奥氏体的屈服强度，且马氏体屈服段平台相对于奥氏体来说更加“平直”。通过分析认为在Ms与As之间的相同温度下，马氏体处于过热状态，而奥氏体则处于过冷状态，引发“过热马氏体”的屈服比引发“过冷奥氏体”困难，而且马氏体相变过程是先是自协作马氏体变体重新取向，然后是接近单一取向的马氏体屈服。奥氏体则是应力诱发马氏体相变同时马氏体在应力下发生再取向。通过对Ni50Ti49Nb1、Ni50Ti48Nb2、Ni50.4Ti47.6Nb2、Ni49.8Ti45.2Nb5的Ms以上温度的奥氏体拉伸数据对比发现，相同试样的奥氏体屈服强度随着拉伸温度的升高而不断增加。表征了Ni50Ti45Nb5合金、69111弹簧钢以及Ni47Ti44Nb9合金的拉伸回复性能，发现Ni50Ti45Nb5合金的回复性能要明显优于69111及Nb9合金，其可线弹性大致为69111及Nb9合金的2倍。分析认为，Nb9合金相组成中的富Nb相为易变形相，并且富Nb相不具有马氏体相变特性，屈服后即发生永久塑性形变，因此回复性能远不如Ni50Ti45Nb5合金。对Ni50Ti45Nb5试样进行了0.5%的拉伸回复循环测试，结果表明其回复性能经循环拉伸回复后其线弹性性能不发生改变。同时在室温下对该合金进行了预变形实验，结果发现，预拉伸变形可显著提高Ni50Ti45Nb5合金的线弹性。预变形对合金的弹性模量影响不大。

NiTiNb形状记忆合金的力学行为及其相变温度的相关性研究

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