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Ni-Mn-Ga磁形状记忆合金定向凝固、马氏体相变及其应力分析

王力明  
【摘要】:本文采用定向凝固法制备了Ni-Mn-Ga合金单晶;采用电阻测试、膨胀测试、DSC测量、金相等手段分析了马氏体相变过程的特征;ANSYS软件模拟研究了单晶Ni_(54.48)Mn_(21.69)Ga_(23.83)合金马氏体相变过程中的应力分布。 降温过程中马氏体的形态为透镜状,并且沿试样的结晶方向生长;随着温度的降低,越来越多的奥氏体转变为马氏体;在等轴晶区形成了多种不同方向的马氏体变体,而且出现了马氏体交叠的现象以及柱状晶区的大片平行马氏体。 定向凝固过程中的拉杆速率对单晶晶粒的大小有显著的影响,拉杆速率越小其生长后的晶体尺寸越大;加热功率对晶体生长也有明显的影响;Mn元素的挥发导致合金相变温度M_s的提高,同时对晶体的生长有抑制作用。 晶体生长结束后在表面有裂纹的存在,说明晶粒内部产生很大的组织应力和热应力。 ANSYS软件模拟的应力应变结果中可以看出:一片马氏体和两片马氏体各自节点平均应力、应变大小与单元应力应变大小基本一致;马氏体的形状和体积分数对其应力、应变影响很大:模型长轴/短轴的值越大应力应变的值就越大;马氏体的数量增加应力应变的值也随之增大;马氏体的分布对其应力、应变的大小也有很大的影响:两片马氏体平行、线性、垂直交叉分布其应力、应变的数值依次增大;模型边缘较尖导致应力集中,应力应变值很大。模拟的应力-应变曲线与文献报道的实测结果基本吻合。


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