热弹性马氏体相变内耗现象及机理的研究

【摘要】： 铜基形状记忆合金是一种杰出的功能材料,具有形状记忆效应、超弹性以及高阻尼性等性能,近年来已经得到广泛的研究和应用。热弹性马氏体相变是形状记忆合金最重要的特征,研究铜基形状记忆合金的力学弛豫行为对于揭示热弹性马氏体相变过程,拓展其应用领域具有重要意义。 本实验采用Cu-Al-Ni-Mn-Ti、Cu-Al-Mn-Zn-Zr等合金作为实验材料,对其进行热处理、组织分析、X射线衍射及动态力学测量。 在热弹性马氏体相变内耗的变温测量时,若测量频率大于0.045Hz,仅出现一个内耗峰。在温度谱上,这个内耗峰对应于相对动力学模量最小值,峰高随频率的增加而降低,峰温几乎不随频率变化;若频率低于0.045Hz,出现两个不同的内耗峰,分别对应于动力学模量最小值和模量拐点。在频率谱上,仅与相转变速率有关的内耗峰峰值随频率降低迅速升高,而仅与相界面滞弹性运动有关的内耗峰峰值随对数频率的变化呈对称分布。当升温速率为0.75℃/min时,合金的相变耗散模量M 2 = 0.316δM,半峰宽Δlog10ωτ=1.735,与Debye弛豫峰相比峰宽明显增加。合金的相变弛豫时间随升温速率的增加而衰减,开始衰减较快,最后逐渐趋于一个平衡值。当升温速率在0.25～12℃/min时,相变弛豫时间为4.449～0.112s。 在母相内耗的等温测量时,母相本征内耗值随频率的降低而衰减,但是在较低频率范围出现了内耗峰。随着等温温度的降低,内耗峰峰位随之下降,出现内耗的频移现象,说明母相弛豫属于经典的滞弹性弛豫。和马氏体相变滞弹性弛豫的区别是,母相滞弹性弛豫是完全由原子扩散引起的,其作用在于调整母相原子有序度,以满足马氏体相变对母相结构的要求。 本文从马氏体相变和应力、温度和时间变量的依赖关系出发,建立了广义相变动力学方程,计算出应力诱导下热弹性马氏体相变体积分数变化的表达式,从而为对分析马氏体相变内耗做好了准备。