热/力场耦合作用下的TiNi合金马氏体相变研究

摘要

TiNi形状记忆合金由于具有优良的力学性能、耐腐蚀性能、良好的形状记忆效应、生物相容性以及丰富的马氏体相变现象，而受到各国材料工作者、工业界乃至医学界的普遍重视。施加应力和应变将改变马氏体相变的特征温度、马氏体相变动力学以及所形成马氏体的形态和性质。在热弹性马氏体相变热力学方面，通常是将应力作为相弯驱动力来研究应力对相变行为的影响，这样可基本上解释了应力诱发马氏体相变的特征(如Ms点升高等现象)，但难以描述马氏体变体的生长及伪弹性等行为。 针对上述问题，本论文利用一维金兹堡-朗道理论研究了热弹性马氏体在热/力场耦合作用下的相变行为，与相关的实验结果进行了比较，同时，观察了在两场耦合作用下的马氏体相变的微观组织形貌；对两场耦合作用下TiNi合金的双程记忆效应进行了研究，探讨了影响合金双程记忆效应的主要因素，观察了形变诱发马氏体的形貌，着重分析了一次形变量对合金双程记忆效应的影响。主要的结论如下： 马氏体相变点随着拉伸应力的增大而增大。当应力较小时，热/力场耦合作用下的热弹性马氏体相变可分为很明显的先后两个过程：变体自协作生长和取向生长；随着应力增大，变体自协作生长被抑制，最终变为变体取向生长的单过程；在一维金兹堡-朗道模型中引入了与应力场效应相关的自由能项，计算结果显示：应力场可提高马氏体相变特征温度；在相变过程中，马氏体相变的亚结构主要有<011>MⅡ型孪晶。同时，发现有(001)M复合孪晶的存在。 TiNi合金内部的应变诱发马氏体形貌主要分为条状、针状、块状三种，其形成的机制与应力诱发马氏体形貌有所不同，同时，亚结构也不同；一次过量变形的TiNi合金样品的形状记忆效应，大约以12％为分界点，在预变量小于12％时，样品的双向记忆可恢复应变量是随着预应变量的增大而增大，在预应变量为大约12％时，样品的双向记忆可恢复应变量达到最大值(双程可恢复应变量约为2％)。当预应变量继续增大，双程记忆可恢复应变量呈现下降的趋势。在选取的三个不同型变量样品的TEM明场像中，三种典型的微观组织形貌很好的解释了这一现象。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1 TiNi形状记忆合金发展概况

1.2 TiNi形状记忆合金中马氏体相变研究进展

1.2.1 TiNi合金相图以及其马氏体相变过程

1.2.2 TiNi合金中马氏体的晶体结构

1.2.3 TiNi合金中的R相变

1.2.4马氏体相变的特征

1.2.5马氏体相变晶体学

1.2.6马氏体相变热力学

1.2.7马氏体相变动力学

1.2.8马氏体的形核和长大

1.2.9马氏体相变的金兹堡-朗道理论

1.2.10马氏体相变的影响因素

1.3形状记忆效应和超弹性

1.3.1形状记忆效应

1.3.2超弹性效应

1.3.3影响形状记忆效应和超弹性的因素

1.3.4 TiNi合金中富镍相的析出及其对形状记忆效应的影响

1.4本文研究工作的目的和主要内容

2材料制备和研究方法

2.1实验材料

2.2实验样品的制备

2.2.1拉伸样品的制备

2.2.2透射电子显微镜样品制备

2.3实验设备介绍

2.4 X射线衍射(XRD)实验

2.5透射电子显微镜(TEM)实验

3热/力耦合作用下TiNi合金马氏体相变的实验与一维金兹堡-朗道理论研究

3.1引言

3.2实验研究

3.2.1熟/力场耦合作用下丝状TiNi合金实验研究

3.2.2热/力场耦合作用下片状TiNi合金实验研究

3.3金兹堡-朗道理论研究

3.3.1形状记忆合金的金兹堡-朗道模型

3.3.2热/力场耦合形状记忆合金的金兹堡-朗道模型

2.3.3计算结果与分析

3.4热/力场耦合作用下TiNi合金马氏体相变的微观组织研究

3.5本章小结

4形变马氏体变体组织与双程记忆效应

4.1引言

4.2实验过程

4.3实验结果与讨论

4.3.1应变诱发马氏体微观组织形貌观察

4.3.2不同应变量下的微观组织形貌观察

4.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢