NiTi形状记忆合金R相区冷加工性能研究

摘要

NiTi形状记忆合金因其优良的超弹性和形状记忆性能而在工业医学上有广阔的应用前景.针对NiTi形状记忆合金在室温时的冷加工性能和相变特征问题,该文主要选用Ti-50.8at﹪/Ni形状记忆合金进行了研究.研究结果表明:预变形和时效处理相结合是控制NiTi形状记忆合金冷加工性能和相变特征的有效方法.经过固溶处理、10﹪预变形和500℃时效后的Ti-50.8at﹪Ni形状记忆合金丝,屈服强度最小,弯曲强度小,硬度低,抗拉强度最大,冷加工性能最优.测试结果表明,经过上述方法处理后的Ti-50.8at﹪Ni形状记忆合金的室温组织为R相,即预变形和时效处理可促使NiTi形状记忆合金在室温附近发生R相变.对室温组织为R相的Ti-50.8at﹪Ni形状记忆合金进行了后续研究,发现不同的变形量对该合金的马氏体逆相变点(As、Af)影响较小.该合金在室温很容易变形加工,其马氏体逆相变点As低于人体体温,而马氏体逆相变点Af在人体体温附近,这种相变特征使得Ti-50.8at﹪Ni形状记忆合金在医疗上可利用人体的温度产生形状记忆回复从而制作相关的医疗器械.对室温组织为R相的Ti-50.8at﹪Ni形状记忆合金经变形和时效处理后,其马氏体逆相变点(As、Af)升高,300℃时效后马氏体逆相变点As低于人体体温,不受变形量的影响.而马氏体逆相变点Af却随变形量的增大而增大,马氏体逆相变点Af略高于人体体温,仍然适用于医疗器械;400℃、500℃时效处理后,马氏体逆相变点(As、Af)大大升高并超出了人体的温度.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1形状记忆合金概述

1.2 NiTi形状记忆合金研究现状

1.2.1 NiTi形状记忆合金的制备

1.2.2 NiTi形状记忆合金的数学模拟

1.2.3 NiTi形状记忆合金性能研究

1.2.4 NiTi形状记忆合金的开发

1.2.5 NiTi形状记忆合金的应用

1.3本研究工作的技术路线和内容

1.3.1本文研究路线和内容

1.3.2拟解决的关键问题

第二章NiTi形状记忆合金中的相变和结构

2.1 NiTi形状记忆合金的相图

2.2 NiTi形状记忆合金中的相变

2.2.1 NiTi形状记忆合金相变热力学

2.2.2 NiTi形状记忆合金中的基本相

2.3应力诱发马氏体相变和应变诱发马氏体相变

2.3.1 NiTi形状记忆合金的应力应变曲线

2.3.2应力和应变诱发马氏体相变

2.4 NiTi形状记忆合金中的R相变

第三章实验内容和研究方法

3.1实验试样制备

3.2实验研究的工艺路线

3.3工艺参数的初步设定

3.4力学性能测试

3.5微观分析

3.5.1显微形貌观察

3.5.2 X-射线衍射分析

3.5.3透射电镜分析

3.6相交特征测试

第四章NiTi合金R相的获得和力学性能分析

4.1相的获得和确认

4.1.1热循环

4.1.2应力循环

4.1.3预变形和时效处理

4.1.4预变形处理对Ti-50.2at％Ni合金丝的影响

4.2 Ti-50.8at％Ni合金丝的R相获得及其拉伸曲线

4.2.1预变形处理对Ti-50.8at％Ni的R相变的影响

4.2.2 Ti-50.8at％Ni力学性能曲线

4.2.3 Ti-50.8at％Ni合金丝断后的组织

4.3 Ti-50.8at％Ni的力学性能实验数据

4.4实验结果的分析与讨论

4.4.1应力应变曲线上的应力平台形成的原因

4.4.2对Ti-50.8at％Ni的力学性能实验结果的分析

4.5拉伸断口分析

4.6硬度性能测试

4.7弯曲性能测试

4.8本章小结

第五章预变形和时效处理对相变的影响

5.1预变形量对预变形处理后的样品的相变的影响

5.1.1不同预变形量对500℃时效后的DSC曲线的影响

5.1.2冷却时DSC曲线上R相和马氏体相变分析

5.1.3加热时DSC曲线马氏体逆相变分析

5.2时效温度对相变的影响

5.2.1不同时效温度时获得的DSC曲线

5.2.2冷却时DSC曲线上R相马氏体相变分析

5.2.3加热时马氏体逆相变的DSC曲线分析

5.3本章小结

第六章组织为R相的NiTi合金经变形和时效处理对后续相变特征的影响

6.1 R相变形对NiTi合金相变规律的影响

6.1.1 R相变形后的Ti-50.8at％Ni合金的DSC曲线

6.1.2冷却时DSC曲线上R相和马氏体相相变分析

6.1.3加热时DSC曲线上马氏体逆相变分析

6.2 R相变形和时效对NiTi合金相变规律的影响

6.2.1 R相经变形和不同温度时效后获得的DSC曲线和实验结果

6.2.2变形后时效温度对R相相变规律的影响

6.2.3变形后时效温度对马氏体相变规律的影响

6.2.4变形后时效温度对马氏体逆相变规律的影响

6.2.5变形后时效温度对相变热滞的影响

6.3 R相变形后NiTi合金相变规律的分析和讨论

6.3.1 R相变形后NiTi合金R相变和马氏体相变规律的分析

6.3.2 R相变形后NiTi合金马氏体逆相变规律的分析

6.4 R相变形和时效后NiTi合金相变规律的分析和讨论

6.4.1 R相变形和时效后NiTi合金R相相变规律的分析

6.4.2 R相变形和时效后NiTi合金马氏体相变规律的分析

6.4.3 R相变形和时效后NiTi合金马氏体逆相变规律的分析

6.5本章小结

第七章主要结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文