ZrCu基高温记忆合金的马氏体相变与组织结构

摘要

ZrCu合金与其它高温形状记忆合金相比，价格低廉，相变温度在25-1050℃较大的温度区间可调，是一种极具应用潜力的高温形状记忆合金。此外，ZrCu基合金还可形成形状记忆非晶复合材料，其中的晶体相可在外力作用下发生应力诱发马氏体相变，提高材料的塑韧性。ZrCu基合金的马氏体相变行为及其变形过程中的组织演化与记忆合金和形状记忆-非晶复合材料的性能密切相关，是提高其功能及力学特性的关键。
　　本文采用合金化方法优选合金成分，提高马氏体相变温度，减小相变温度滞后，改善形状记忆效应。利用X射线衍射分析、透射电子显微观察、示差扫描量热分析及室温/高温压缩试验等系统研究了 ZrCu基合金的马氏体相变、组织与界面结构、力学行为和形状记忆效应，并阐明了在压缩变形过程中马氏体组织结构演化规律，揭示了ZrCu基记忆合金的形变微观机制。
　　Ni和Co添加提高了ZrCu合金的马氏体相变温度，减小了相变温度滞后，改善了循环稳定性。在Zr50Cu25Ni25-xCox合金中，随着Co含量增加，Ni含量降低，合金的马氏体相变温度降低，相变温度滞后减小，循环稳定性先提高后降低。其中Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金的马氏体相变开始温度为564 K；相变温度滞后为59 K，比Zr50Cu50合金相变温度滞后减小124 K；经3次热循环即达到热稳定性，相变温度仅变化3K。
　　Zr50Cu50合金和Zr50Cu25Ni25-xCox合金马氏体形貌呈平行板条状、矛头状及镶嵌块状。马氏体变体间呈(021) I型和(111) I型孪晶关系。Zr50Cu50合金马氏体内亚结构为大量的(001)复合孪晶及少量的(001)堆垛层错，Zr50Cu25Ni25-xCox合金亚结构为少量的(001)复合孪晶和高密度的(001)和(110)堆垛层错。晶体学唯象理论计算结果表明(021) I型孪晶为ZrCu基合金马氏体相变过程中的点阵不变平面应变(LIS)，这与TEM观察结果一致。
　　Zr50Cu50合金马氏体状态下变形过程中位错滑移与孪晶组织演化同时进行。在形变初期，马氏体首先发生(001)复合孪晶去孪晶，随变形量增加，(001)复合孪晶去孪晶过程持续进行，且形成新的(021) I型和(201)复合孪晶，变体间交叉挤碰，界面可动性变差，应变恢复特性下降。Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金变形过程中首先发生(001)复合孪晶去孪晶，随后形成细小的(111)和(021) I型孪晶，变体间不呈现交叉挤碰形貌，界面可动性较好，因而可恢复应变较大。ZrCu基合金中变形过程中(021) I型孪晶的形成机制为1/10[012]不全位错在(021)面上沿[012]方向发生均匀切变。
　　Zr50Cu25Ni25-xCox合金较Zr50Cu50合金呈现更好的应变恢复特性。随着Co含量的增加，形状记忆效应先增加后减小。预变形为8%时，Zr50Cu50合金的可恢复应变为5.92%，Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金为6.87%。Zr50Cu25Ni25-xCox合金具有良好的线性超弹性及其稳定性。线性超弹性应变最大为6%，且在随后的循环过程中超弹性性能不发生衰减。

目录

第1章 绪 论

1.1研究目的和意义

1.2 高温形状记忆合金研究进展

1.3 ZrCu基高温记忆合金

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 相变温度测量

2.3 组织结构分析

2.4性能测试

第3章 Zr-Cu基合金的马氏体相变

3.1 引言

3.2 Zr50-xCu50Xx和Zr50Cu50-xYx合金的马氏体相变

3.3 Zr50-xCu50Xx和Zr50Cu50-xYx合金的马氏体相变热稳定性

3.4 Zr50Cu25Ni10Co15合金非晶约束下应力诱发马氏体相变

3.5 本章小结

第4章 ZrCuNiCo记忆合金的组织与界面结构

4.1 引言

4.2 Zr50Cu25Ni25-xCox合金的显微组织与相组成

4.3 Zr50Cu25Ni25-xCox合金的晶体学计算

4.4 Zr50Cu25Ni25-xCox合金的马氏体组织形态与界面结构

4.5 本章小结

第5章 ZrCuNiCo记忆合金的形变组织结构演化

5.1 引言

5.2 Zr50Cu50合金的形变组织结构演化

5.3 Zr50Cu25Ni7.5Co17.5合金形变组织结构演化

5.4 本章小结

第6章 ZrCuNiCo记忆合金的形状记忆效应及超弹性

6.1 引言

6.2 Zr50Cu25Ni25-xCox合金的力学性能与形状记忆效应

6.3 Zr50Cu25Ni25-xCox合金的超弹性

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历