【摘要】：隨著人類對空間的深入探索,航天器所面臨的挑戰(zhàn)將更加嚴峻。為了應對探索太空的未知環(huán)境,各種航空航天車輛如何能像運載工具一樣攜帶盡可能多的設備來應對未知環(huán)境。因此,航天器對空間探測的要求越來越高,航天器的輕量化已成為一個不可避免的問題。除了改進飛機設計,減輕材料重量也是使航天器輕量化的重要手段。為了節(jié)約能源,提高航天器的效率,減輕航天器的重量,研究輕合金具有重要意義。鈦-釩-鋁合金是一個輕量級SMA的偉大候選。首先,它的密度很低,大約4.5克立方厘米,接近純鈦。這低于其他形狀記憶合金的密度。其次,發(fā)現(xiàn)Ti-V-Al合金在350℃以上具有較高的反向馬氏體轉變溫度。第三,Ti-V-Al合金在冷軋過程中具有90%以上的減薄量的良好的冷加工性能,使其加工成不同形狀既方便又便宜。航天器金屬零件緊固件復合材料是航天領域記憶合金的主要應用之一。這種緊固件通常由飛機管接頭表示。在將記憶合金材料制作成管接頭時,經(jīng)過計算,接頭的制作直徑小于其外徑。然后將記憶合金完全浸入液氮中,使其結構轉變?yōu)椤榜R氏體”。然后,通過在記憶合金內壁鉆取錐形鋼芯,實現(xiàn)記憶合金管內徑的機械膨脹。所以內徑比它的外徑大。記憶合金管保存在液氮中,以保持膨脹直徑(變形馬氏體結構)。但目前,由于Ti-V-Al合金在這種應用中的屈服強度相對較小,因此這些接頭中不使用Ti-V-Al合金。研究了鋯含量對Ti-V-Al合金馬氏體相變和形狀記憶效應的影響。本研究的目的是通過添加鋯來提高形狀記憶材料的屈服強度,并探討Ti-V-Al合金在該類接頭中的應用。Ti-13V-3al-Zr含量分別為0.5、1.0、2.0 at.%以海綿鈦、釩、鋁、鐵為原料,純度為99.95%。研究了不同鋯含量對合金組織、力學性能和形狀記憶效應的影響.采用X射線衍射和透射電鏡研究了鈦釩鋁鋯合金的顯微組織。研究了鋯含量對合金相組成、馬氏體形態(tài)和力學性能的影響。采用差示掃描量熱法(DSC)和透射電鏡(TEM)研究了Ti-V-Al-xZr合金在熱循環(huán)過程中的馬氏體轉變行為和組織演變。通過室溫拉伸試驗,研究了Ti-V-Al-xZr合金的力學行為和形狀記憶效應,研究了冷軋變形對其力學性能和應變恢復特性的影響。(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(X=0.5,1.0)(X=0.5,1.0,2.0)合金的室溫組織為β立方結構,含有一定量的α”馬氏體,主要由Betta相組成。然而,隨著鋯含量的增加,對應于晶面(002)和(200)的α“馬氏體相衍射峰的強度顯著降低,當鋯含量為2.0at.%時基本消失(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=0.5)合金的MS接近室溫,Mf低于室溫。(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=0.5)合金淬火過程中形成的非熱ω相。ω相很小,均勻分布在Betta相中。除了來自B矩陣的主反射,在1/3 112位置處的漫散射與非熱ω相位相對應。固溶(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=0.5,1.0)合金的馬氏體變體之間存在自調節(jié)關系。((Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=2.0)合金僅由Betta相或少量馬氏體組成,在透射電鏡觀察中未發(fā)現(xiàn)。隨著鋯含量的增加,合金的晶粒尺寸減小�；wTi-13V-3al摻雜0.5at.%稀土鋯合金溶液后的平均晶粒尺寸約為300微米,摻雜1.0at.%稀土鋯,合金的晶粒尺寸向右減小到200微米,進一步增加了Zr摻雜量,((Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=2.0)合金的晶粒尺寸最小,平均晶粒直徑最小。米約為100微米。這是因為,在冷軋過程中,合金發(fā)生了較大的塑性變形,鑄態(tài)組織中的粗晶沿軋制方向拉斷,形成織構組織。高密度位錯被引入晶粒中。固溶處理后,晶粒中位錯密度逐漸降低,合金發(fā)生再結晶行為,形成新的晶粒。由于保溫時間短,發(fā)生了再結晶。新晶粒沒有足夠的時間生長和細化,固溶Ti13V-3Al合金的金相圖中出現(xiàn)了馬氏體組織,與XRD結果一致。隨著Zr含量的增加,合金的晶粒尺寸逐漸細化,晶粒中馬氏體板條的間距也逐漸減小,特別是當Zr含量為1.0at.%時,晶粒細化更為明顯,針狀A“馬氏體在晶粒中的分布非常致密,針狀DEC的長度增加。隨著鋯摻雜量的增加而減小。由于高溫快速淬火,晶粒和馬氏體變體的取向完全不規(guī)則。鋯摻雜量為2.0的Ti-13V-3Al合金拋光樣品表面存在第二相沉淀。通過對試驗曲線的分析,得到了馬氏體反相變的起始溫度as、峰值溫度ap和終止溫度af,如表3-2所示。如果將相變的峰值溫度作為相變溫度的值。固溶體(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=0)合金的反向馬氏體轉變溫度在340-370之間,隨著Zr含量的增加,合金的反向馬氏體轉變溫度逐漸降低。Ti-13V-3Al合金的反向馬氏體轉變溫度可以通過加入Zr來降低,而((Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=2)合金的反向馬氏體轉變溫度由于α“馬氏體的含量很小而無法測量。闡述了鋯對Ti-V-Al-Zr合金應變恢復特性及斷裂機理的影響。隨著鋯含量的增加,固溶體和鑄態(tài)Ti-V-Al-Zr合金的延伸率和拉伸強度先增大后減小。結果表明,隨著鋯含量的增加,延伸率增大。樣品(Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(x=0.5)的最小延伸率僅為12.2%。當樣品中加入1%原子比的鋯時,合金的延伸率由12.2%提高到14.1%。當鋯含量為2.0%時,合金的延伸率達到最小值,最小延伸率為10.2%。隨著鋯含量的增加,屈服強度和最大拉伸強度增大。屈服強度和拉伸強度((Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(X=0.5)合金最小,分別達到295兆帕和640兆帕。最小延伸率的((Ti-13V-3Al)_(100-x)Zr_x(X=2)合金的屈服強度和拉伸強度最大,分別達到540兆帕和790兆帕的最大拉伸強度和屈服強度。隨著鋯含量的進一步增加,韌窩尺寸進一步減小,韌窩尺寸變得更加均勻,韌窩底部變得光滑柔和,沒有出現(xiàn)撕裂痕跡。此外,還觀察到了韌窩內部存在的第二相粒子,隨著Zr含量的增加,第二相粒子的數(shù)量也越來越多,這與不同Zr含量的Ti-13V-3Al合金拉伸應變的演化有關。隨著鋯含量的增加,固溶鋯摻雜Ti-V-Al合金的可恢復應變減小。當Zr含量降至0.5%時,8%預應變下的最大回復應變?yōu)?.6%。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG139.6;V252

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本文編號：2724107