高应变率下Ni-Ti形状记忆合金力学行为研究

【摘要】：形状记忆合金具有良好的形状记忆效应和超弹性。目前,形状记忆合金已广泛应用于工业领域,包括联接件、阻尼器、制动器和医疗器械等。形状记忆合金的这些新型应用要求其在不同工作环境中工作,因此,研究形状记忆合金在不同应力状态、应变率、温度下的力学性能并建立了一系列包括温度、相变量等状态变量在内的一维和三维本构关系是非常重要的。Ni-Ti形状记忆合金是所有形状记忆合金中应用最广的形状记忆材料,Ni-Ti形状记忆合金在(σ,ε,(?),T)下的热力学行为也受到了广泛关注。 为了研究Ni-Ti形状记忆合金在不同温度、应变率和应力状态下的力学行为和变形机理,我们通过分离式Hopkinson杆实验装置分别对不同Ni-Ti形状记忆合金试样进行了动态拉伸和压缩试验,并通过伺服液压控制实验机对Ni-Ti形状记忆合金试样进行了准静态压缩试验。实验中应变率变化范围为10~(-2)/s—10~4/s,实验温度从291K—573K。从不同应变率、应力状态和试验温度的试验结果分析中,我们发现: (1) 即使当应变率只有10~(-2)/s时,试样温度在变形过程中也上升了6.5℃,因此,在高应变率绝热情况下Ni-Ti形状记忆合金的力学行为将同时受到应变率和温度的影响; (2) Ni-Ti形状记忆合金的相变屈服应力和位错屈服应力均随着应变率的增加而增加,并且当应变率增加到10~4/s数量级时,应力—应变曲线中的应力平台将消失,此时材料的变形行为将类似于一般金属材料; (3) 同一Ni-Ti形状记忆合金的拉伸变形行为和压缩变形行为也有差别,材料在压缩状态下的相变屈服应力和位错屈服应力均明显高于拉伸状态下的相变屈服极限和位错屈服极限,而且压缩状态下的应变硬化率也比拉伸状态下的应变硬化率高; (4) 对于不同实验温度,Ni-Ti形状记忆合金的变形行为也不同,其相变屈服应力随着实验温度的增加而增加; (5) 对于同一Ni-Ti形状记忆合金,变形后材料的逆相变起始温度比变形前材料逆相变的起始温度高,而且应变率越高,逆相变起始温度增加的越快。