加工工艺对Ti50Ni47Fe3形状记忆合金棒材显微组织、相变和力学性能的影响

摘要

在所有形状记忆合金中，TiNi基合金的性能最佳。其中，TiNiFe形状记忆合金在管接头上的应用获得了很大成功。管接头一般是由棒材加工而来，因此，要想获得高性能的形状记忆合金管接头，首先应该制备高性能的合金棒材。目前，国内外有关Ti50Ni47Fe3合金的研究报导主要集中在相变和性能方面，而对该合金母相中形变孪晶的研究报道较少，更未见加工工艺对Ti50Ni47Fe3合金棒材显微组织和力学性能影响的研究。
　　本文利用金相显微镜(OM)、示差扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度计和拉伸试验机，系统研究了Ti50Ni47Fe3合金轧制棒材和拉拔棒材的显微组织、相变和力学性能，以及热处理对它们的影响。其目的是为其在工程上的应用优化工艺参数和提供参考依据。
　　轧制棒材室温下主要由B2相组成，且冷轧棒材的择优取向较强。热轧棒材的晶粒细小，晶内有类似于形变孪晶的浮凸，从棒材边缘到中心晶粒尺寸变化不大，其维氏硬度值较低，为HV165。冷轧棒材从中心到边缘，晶粒尺寸增大，晶内孪晶密度提高，且在边缘和中心区域存在明显过渡区。晶内形变孪晶尺寸大小不一，分布不均，其存在使棒材维氏硬度值提高到HV190。冷轧和热轧棒材在550℃保温1 min后，晶粒发生细化;冷轧棒材在500℃和550℃保温1 min，硬度急剧下降，晶内孪晶密度降低，孪晶界变得模糊不清，随着保温时间的延长，孪晶进一步消失。
　　拉拔棒材晶粒尺寸比轧制棒材小，从中心到边缘，晶粒尺寸减小，晶内孪晶密度提高。晶内存在着大小不一的孪晶带，孪晶带中分布着密度极高的细小孪晶，每个晶粒内部孪晶带中孪晶取向接近。原始拉拔棒材硬度较高，为HV244;当热处理温度达到600℃以上时，硬度急剧下降。热处理温度低于500℃，形变孪晶较稳定;随着温度的升高，孪晶密度不断下降，到650℃基本全部消失。冷拉拔态和热处理后的棒材在加热和冷却过程中只存在B2(←→)R转变，随着热处理温度的升高，转变峰变得越来越尖锐，Rs降低，As升高;600℃后，As，Rs，相转变峰维持不变。热处理温度低于400℃，冷拉拔棒材的强度变化不大，维持在540 MPa以上;随着热处理温度进一步升高，屈服强度和断裂强度都开始明显下降，且屈服强度的下降更为明显。
　　国内管接头晶粒要比国外管接头的细小。国内管接头晶粒内存在着取向随机分布的孪晶带，孪晶带长度比较短，硬度较高，可达HV235.5;国外管接头孪晶分布比较均匀，孪晶或以尺寸较大的单独孪晶形式或以很多细小孪晶形成的孪晶带的形式存在，且每个晶粒内孪晶或孪晶带的取向比较接近，其硬度为HV298.5。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 形状记忆合金的种类和应用

1．1．1 形状记忆合金的种类

1．1．2 形状记忆合金的应用

1．2 形状记忆合金的特点

1．2．1 形状记忆效应

1．2．2 超弹性

1．3 相转变

1．3．1 热弹性马氏体相变

1．3．2 应力诱发马氏体相变

1．4 形变

1．4．1 滑移

1．4．2 孪生

1．4．3 孪生产生的条件

1．5 Ti-Ni合金中的孪晶

1．5．1 马氏体中的孪晶

1．5．2 母相中的孪晶

1．6 Ti-Ni-Fe形状记忆合金概述

1．7 本文研究的目的和内容

1．7．1 研究目的

1．7．2 研究内容

第2章 实验材料、样品及实验方法

2．1 实验材料

2．2 样品制备

2．2．1 金相样品

2．2．2 DSC样品

2．2．3 X射线衍射样品

2．2．4 拉伸试样

2．2．5 硬度试样

2．3 实验方法

2．3．1 金相观察

2．3．2 XRD测试

2．3．3 硬度测试

2．3．4 DSC的测定

2．3．5 拉伸试验

2．3．6 扫描试验

第3章 热轧和冷轧棒材的显微组织与硬度

3．1 序言

3．2 显微组织

3．2．1 轧制棒材的XRD谱

3．2．2 轧制方式对棒材金相显微组织的影响

3．3 热处理对轧制棒材显微组织的影响

3．3．1 热处理对冷轧棒材金相组织的影响

3．3．2 热处理对热轧棒材金相组织的影响

3．4 热处理对冷轧棒材显微硬度的影响

3．5 国外管接头的金相组织和硬度

3．5．1 国外管接头的金相组织

3．5．2 国外管接头的硬度

3．6 本章小结

第4章 拉拔棒材的显微组织、相变以及力学性能

4．1 序言

4．2 拉拔棒材的显微组织

4．2．1 拉拔态棒材的金相组织

4．2．2 热处理对拉拔棒材金相组织的影响

4．3 热处理对拉拔棒材相变的影响

4．4 拉拔棒材的力学性能

4．4．1 序言

4．4．2 棒材的显微硬度

4．4．3 拉拔棒材的强度

4．5 热处理对拉拔棒材恢复性能的影响

4．6 加工工艺对Ti50Ni47Fe3合金棒材显微组织的影响

4．7 本章小结

第5章 总结论

参考文献

致谢