ZrCu基形状记忆合金马氏体相变与力学性能研究

摘要

本文采用金相显微镜、X射线衍射分析、透射电镜、高分辨电镜、DSC测试、拉伸试验，研究了Zr50Cu50、ZrCuAl、ZrCuAlCo合金热致马氏体的显微组织及其界面结构、相变行为及其室温力学拉伸性能。研究发现，在ZrCu基合金中存在两种马氏体，一种为M1马氏体，另一种为马氏体的基本结构M2(B19')，两者都属于单斜结构，P空间群。在ZrCu基合金中马氏体的形貌主要为板条状和矛头状两种。在ZrCu基合金中马氏体变体间呈孪晶关系，孪晶类型为(011)Ⅰ型。在马氏体板条内存在ZrCu基合金马氏体的两种亚结构：(001)复合孪晶和(001)堆垛层错。Zr50Cu50合金的Ms达到了112.6℃，Al元素的添加提高了ZrCu基合金的马氏体相变温度，而Co元素的添加降低了ZrCu基合金的马氏体相变温度，两者都增加了马氏体相变的滞后性。分析表明，在ZrCu基合金中(011)Ⅰ型孪晶界面清晰平直，共格性良好。在Zr50Cu50合金中和ZrCuAl合金中马氏体亚结构(001)复合孪晶界面处存在台阶结构，但是在ZrCuAlCo合金中的M1结构的马氏体的(001)复合孪晶界面比较平直，共格性良好。(001)复合孪晶马氏体会越变越细，终止在相邻马氏体内，在尖角消失处存在位错，在相邻马氏体内出现层错，推测它们为孪晶的核胚。Al元素的添加使屈服强度和抗拉强度增加，但是应变减小；Co元素的添加降低了ZrCu基合金的室温力学性能，但是随着Co元素的添加，ZrCuAlCo合金的抗拉强度增加，延伸率也增加。其中Zr46.5Cu46.5Al7的抗拉强度σb达到1533.22 MPa，延伸率δ是3.95％，韧性断裂，综合力学性能最好。