轧态Ni60Ti合金热变形行为及变形微观组织研究

摘要

本文以轧态Ni60Ti形状记忆合金为研究对象，采用热力学模拟实验，对其在应变速率0.01 s-1~1s-1，变形温度650℃~850℃范围内的热变形行为及变形组织演变规律进行了系统的研究，并建立了能准确描述轧态Ni60Ti形状记忆合金热拉伸力学行为的本构模型。主要结论如下：
　　轧态Ni60Ti形状记忆合金热拉伸变形的真应力-真应变曲线分析结果表明：变形初期，随应变量的逐渐增大，合金流变应力迅速增大到峰值；当应变量达到某一临界值时，流变应力随后减小，曲线表现为流动软化型。变形温度越高、应变速率越小，合金流变应力越低，其中应变速率对合金流变应力影响更显著。若仅从流变应力大小考虑，低变形温度条件下（650℃~700℃）适宜加工的应变速率为0.01s-1；高变形温度条件下（750℃-850℃）适宜加工的应变速率范围可放宽为0.01s-1-0.1s-1。
　　轧态Ni60Ti形状记忆合金变形组织演变规律表明：在变形条件为650oC、0.1~1s-1和700~750oC、1s-1热拉伸后，变形组织中出现了局部塑性流动失稳现象，在热加工过程中应避开该区域。变形温度越高，应变速率越低，越有利于动态再结晶晶粒的形核和长大。从获得较多的动态再结晶晶粒组织角度考虑，当应变速率为0.1s-1时，适宜的变形温度仅为850oC；当应变速率为0.01s-1时，适宜的变形温度范围可放宽至700~850oC。
　　基于热拉伸实验数据，分别采用Arrhenius方程、修正的Fields-Backofen方程和多元线性回归方法构建轧态Ni60Ti形状记忆合金热拉伸变形本构方程。误差分析表明，根据Arrhenius方程计算的流动应力与实验值的平均相对误差为28.57％，误差较大。根据修正的 Fields-Backofen方程计算的流变应力与实验值的平均相对误差，在变形初期为11.06%，相对误差较小；在变形达到某一临界应变后为18.45%，相对误差较大。而根据多元线性回归方法构建的本构方程计算的流动应力与实验值的平均相对误差为7.26%，其中，误差小于15%的数据占96.7%，这表明由多元线性回归方法构建的本构方程具有较好的精度，可较准确地描述轧态 Ni60Ti合金的热拉伸力学行为。

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第1章 绪 论

1.1 形状记忆合金概述

1.1.1 形状记忆合金的发展概况

1.1.2 形状记忆合金的分类和特性

1.2 NiTi形状记忆合金

1.2.1 NiTi形状记忆合金相图

1.2.2 NiTi形状记忆合金的基本性能

1.2.3 NiTi形状记忆合金的应用

1.3 NiTi形状记忆合金热变形研究

1.3.1 NiTi形状记忆合金热变形研究现状

1.3.2 NiTi形状记忆合金本构关系研究

1.4 本文研究的目的和内容

1.4.1研究的目的

1.4.2研究的内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 热拉伸实验

2.3 显微组织观察

第3章 轧态Ni60Ti合金热变形行为研究

3.1 轧态Ni60Ti合金真应力-真应变曲线分析

3.2变形参数对Ni60Ti合金流变应力的影响

3.3变形参数对Ni60Ti合金微观组织的影响

3.3.1变形温度对Ni60Ti合金变形微观组织的影响

3.3.2应变速率对Ni60Ti合金变形微观组织的影响

3.4本章小结

第4章 Ni60Ti合金本构方程的建立

4.1 Arrhenius本构方程

4.1.1 Arrhenius本构方程的建立

4.1.2 Arrhenius本构方程的验证

4.2 修正的Fields-Baekofen本构方程

4.2.1 修正的Fields-Baekofen本构方程的建立

4.2.2 修正的Fields-Baekofen本构方程的验证

4.3 多元线性回归本构方程

4.3.1 多元线性回归本构方程的建立

4.3.2多元线性回归本构方程的验证

4.4本章小结

第5章 结 论

参考文献

致谢

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