预变形和热处理对NiTiCr形状记忆合金超弹性影响的研究

论文摘要

本文以NiTiCr形状记忆合金为研究对象,着重研究了不同的预变形、固溶处理以及时效处理对该记忆合金超弹性的影响。试验通过拉伸试验和金相组织照片的观察,研究了不同的预变形对NiTiCr形状记忆合金超弹性和显微组织的影响。试验表明,NiTiCr形状记忆合金的弹性随着变形量的增加而增加,当变形量达到51.4%之后,弹性的增加不明显,单纯的预变形不能使NiTiCr达到完全的非线性超弹性;试验同时表明了预变形会使NiTiCr内部产生一种细小而高度形变的板条状马氏体变体,当变形量增大到48.6%时,马氏体变体的体积有明显增大,极大的提高了母相的强度,从而显著提高NiTiCr丝的弹性。为更好的配合生产,在提高材料的加工性能的同时提高材料的使用性能,我们通过拉伸试验研究了不同的固溶工艺对NiTiCr形状记忆合金超弹性的影响程度。试验曲线显著的表明,经过固溶处理的试样在较低的温度（小于720℃）下,随着试样保温时间的增长,其弹性慢慢增加;但固溶处理温度过高时,随温度和保温时间的增加试样的弹性不再继续增加。试样在经过700℃保温60min后,再经过时效热处理（430℃保温20min）可以呈现完全的非线性超弹性。低于和高于该温度的热处理工艺得到的试样都不能呈现完全的非线性超弹性。试样在经过700℃固溶保温40min时,产生了两步逆马氏体相变（R相变和马氏体相变）,提高了试样超弹性的稳定性。同时利用WDW—10微机控制电子式万能拉伸试验机和D/max2500PC全自动X射线衍射仪对时效处理之后NiTiCr形状记忆合金超弹性进行了研究。研究发现试样的弹性受时效处理影响显著,在不同的温度下呈现出不同的超弹性曲线。试验表明不同的时效处理温度和保温时间对合金超弹性有很大的影响,随着加热温度和保温时间的增加,弹性先增强后减弱;NiTiCr形状记忆合金试样在430℃保温15min～20min和450℃保温15min时可以呈现出良好的完全非线性超弹性。通过对时效处理后试样的扫描电镜照片的观察,发现试样在时效处理后存在热弹性马氏体。当时效温度过度增加时,马氏体数量减少,交织的程度降低;母相的强化效应减弱,超弹性效应遭到破坏。XRD试验证明,经过时效处理的试样会析出强化相Ti3Ni4。该相峰在430℃保温15min时达到极值,之后随着温度的增加和保温时间的增长都会降低,在拉伸试验中证明在该热处理工艺下试样的超弹性最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 形状记忆合金的概述
• 1.2 形状记忆合金的记忆效应和超弹性
• 1.2.1 形状记忆效应
• 1.2.2 形状记忆效应的分类
• 1.2.3 形状记忆效应的机制
• 1.2.4 形状记忆合金的超弹性
• 1.2.5 形状记忆效应和超弹性之间的关系
• 1.3 形状记忆合金性能的影响因素
• 1.3.1 合金成分的影响
• 1.3.2 晶界的影响
• 1.3.3 热处理的影响
• 1.3.4 变形温度的影响
• 1.3.5 变形量对记忆合金超弹性有显著的影响
• 1.3.6 热机械训练的影响
• 1.4 常见形状记忆合金的种类及其主要特点
• 1.4.1 NiTi基形状记忆合金
• 1.4.2 Cu基形状记忆合金
• 1.4.3 Fe基形状记忆合金
• 1.5 形状记忆合金的应用
• 1.5.1 记忆合金应用概况
• 1.5.2 NiTiX形状记忆合金超弹性的应用
• 1.6 NiTiX记忆合金超弹性的研究现状
• 1.7 本文研究的内容和目的
• 1.7.1 课题提出的理论依据
• 1.7.2 试验研究内容
• 1.7.3 试验研究目的
• 第二章 试验的材料及试验方法
• 2.1 试验的研究方法和技术路线
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验丝的预变形处理
• 2.4 试验的热处理工艺
• 2.4.1 固溶处理
• 2.4.2 时效处理
• 2.5 拉伸试验
• 2.6 显微组织分析
• 2.7 差示扫描量热（DSC）实验
• 2.8 X射线衍射（XRD）实验
• 第三章 预变形对NiTiCr形状记忆合金超弹性的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 压力与变形量之间的关系
• 3.2.2 不同预变形对NiTiCr弹性的影响
• 3.2.3 不同预变形对NiTiCr显微组织的影响
• 3.3 结论
• 第四章 固溶处理对NiTiCr形状记忆合金超弹性的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 不同固溶处理温度对NiTiCr弹性的影响
• 4.2.2 不同固溶处理温度对NiTiCr相变的影响
• 4.2.3 不同固溶处理时间对NiTiCr弹性的影响
• 4.3 结论
• 第五章 时效处理对NiTiCr形状记忆合金超弹性的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 不同时效处理对NiTiCr弹性的影响
• 5.2.2 时效处理后超弹性可逆应变量的对比
• 5.2.3 不同时效处理对NiTiCr显微组织的影响
• 5.2.4 不同时效处理的X射线衍射谱线分析
• 5.3 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文