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时效Ti-Ni-Cu-Pd窄滞后记忆合金的马氏体相变与应变恢复特性

李航  
【摘要】:Ti-Ni合金具有大恢复应变和应力,但相变滞后宽,作为驱动器材料时响应速度慢、灵敏度低,不能满足驱动材料对灵敏度、响应速度日益增长的要求。本文提出制备非化学计量比Ti-Ni-Cu-Pd窄滞后形状记忆合金,通过调整Pd含量来减小相变滞后,并利用时效处理改善形状记忆效应的新思路。采用X射线衍射分析、透射电子显微分析、示差扫描热分析、扫描电镜分析、硬度试验、拉伸试验等方法系统研究了Ti-Ni-Cu-Pd合金的显微组织、马氏体相变、时效析出行为及应变恢复特性。研究表明,随着Pd含量增加,Ti_(50.5)Ni_(38-x)Cu_(11.5)Pd_x和Ti_(49.5)Ni_(39-x)Cu_(11.5)Pd_x合金中马氏体均为正交结构(B19)马氏体。添加适量Pd,使Ti-Ni-Cu-Pd合金λ2值接近1,获得了窄相变滞后和高热循环稳定性。Ti_(50.5)Ni_(33.5)Cu_(11.5)Pd_(4.5)合金仅有4.8oC的相变滞后,相变温度在5000次热循环后变化小于1oC。TEM观察表明,在热循环过程中位错极难引入,这是Ti-Ni-Cu-Pd合金呈现高相变温度稳定性的主要原因。示差扫描量热分析表明,Ti_(49.5)Ni_(34.5)Cu_(11.5)Pd_(4.5)合金经不完整热循环后呈现出明显的温度记忆效应,即在DSC曲线上逆相变峰存在分峰现象。随不完整热循环次数的增加,分峰现象变得明显。在随后的完整热循环过程中Ti_(49.5)Ni_(34.5)Cu_(11.5)Pd_(4.5)合金的温度记忆效应呈现出可重复性。当经过1000次完整热循环后,合金的温度记忆效应仍不消失,这与传统的记忆合金完全不同。这种可重复温度记忆效应的机制在于不完整热循环过程中引入少量位错导致马氏体内位错分布不均匀,而完整热循环过程中引入的位错数量极少,因而不完整热循环过程中形成的不均匀位错组态难于被完整热循环破坏。研究表明,Ti_(50.5)Ni_(33.5)Cu_(11.5)Pd_(4.5)合金时效析出Ti2Cu型第二相,时效初期为细小颗粒状,随时效时间的延长或时效温度的升高,逐渐长大呈片状。时效后,该合金发生两步马氏体相变。Ti_(49.5)Ni_(33.5)Cu_(11.5)Pd_(5.5)合金时效析出(Ni,Cu)2Ti型第二相,在时效温度较低时,析出相为弥散方片状;时效温度较高时,析出相尺寸长大,呈片状及球状。当时效温度为600oC和650oC时,该合金分别发生两步和三步相变。Ti2Cu和(Ni,Cu)2Ti型相析出引起成分变化和产生应力场的综合作用导致多步相变现象出现。硬度和拉伸试验表明,Ti-Ni-Cu-Pd合金的硬度和可恢复应变随时效温度的升高或时效时间的延长呈现峰值效应。在500oC时效1小时,大量细小弥散第二相析出,对基体的强化效果最强,改善了形状记忆效应。拉伸变形5%时,500oC/1h时效Ti_(50.5)Ni_(33.5)Cu_(11.5)Pd_(4.5)合金的应变恢复率达97.8%,较固溶态合金提高了21%。


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