【摘要】：TiNiNb記憶合金經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪^量變形后可獲得較寬的相變滯后,可在室溫下儲存,用其制作的管接頭工程應(yīng)用較為方便,但大變形后恢復(fù)率和恢復(fù)力都下降,不能滿足日益發(fā)展的高性能連接緊固件的需求。已有研究表明,添加Co元素能改善TiNiNb合金的恢復(fù)特性,大變形后恢復(fù)率和恢復(fù)力提高,相變滯后無明顯變化。管接頭在工作狀態(tài)下,如果工作溫度低至內(nèi)部有馬氏體相變發(fā)生時,將發(fā)生應(yīng)力松弛,管接頭與被接管之間緊固力下降甚至松脫,造成泄漏,產(chǎn)生嚴(yán)重的工程后果,但關(guān)于TiNiNb Co合金應(yīng)變約束狀態(tài)下的應(yīng)力松弛特性未見報道。本論文采用熱機械處理TiNiNb Co合金提高合金恢復(fù)力及其冷熱循環(huán)穩(wěn)定性,對TiNiNb基合金在工程應(yīng)用中獲得高連接強度和良好穩(wěn)定性具有重要的指導(dǎo)意義。本文采用X射線衍射分析,透射電子顯微鏡分析,差示掃描量熱分析,不同條件下拉伸試驗等方法,系統(tǒng)的研究了Ti_(44.5)Ni_(44.5)Nb_9Co_2合金的組織結(jié)構(gòu),馬氏體相變及應(yīng)力松弛特性,并揭示熱機械處理以及形變條件對組織結(jié)構(gòu),馬氏體相變以及應(yīng)力松弛特性的影響規(guī)律。試驗結(jié)果表明,冷軋態(tài)Ti_(44.5)Ni_(44.5)Nb_9Co_2合金主要由Ti Ni基體相和β-Nb相構(gòu)成,冷軋過程導(dǎo)致基體中引入大量的位錯,經(jīng)過550℃?750℃退火處理2h后,基體中析出Ti2Co相。隨退火溫度的升高,基體內(nèi)位錯逐漸重排,開始出現(xiàn)回復(fù)再結(jié)晶組織,同時析出相尺寸也不斷長大。熱機械處理Ti_(44.5)Ni_(44.5)Nb_9Co_2合金只發(fā)生一步馬氏體相變及其逆轉(zhuǎn)變,冷軋態(tài)Ti_(44.5)Ni_(44.5)Nb_9Co_2合金由于大量位錯存在很難觀察到正逆相變峰,隨著退火溫度的升高,相變峰開始逐漸明顯,并且相變溫度隨退火溫度的升高逐漸升高,相變滯后減小。拉伸試驗表明,熱機械處理Ti_(44.5)Ni_(44.5)Nb_9Co_2合金呈現(xiàn)出較高的恢復(fù)力和恢復(fù)力熱循環(huán)穩(wěn)定性,隨著退火溫度的升高,最大恢復(fù)力先升高后降低,恢復(fù)力穩(wěn)定性下降。當(dāng)退火溫度為650℃,恢復(fù)力值最大可達到450MPa;隨著形變量增加,最大恢復(fù)力下降,恢復(fù)力穩(wěn)定性良好;隨著形變溫度升高,最大恢復(fù)力逐漸降低。熱機械處理可有效的提高合金強度及恢復(fù)力,并保持較高的恢復(fù)力熱循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文至液氮溫度以下[33-35]，并使 TiNi 合金中的 R 相變和馬氏體相變分離，還可以提高 TiNi 合金的屈服強度。在 TiNi 基體中加入 Hf，Zr，Au，Pt，Pd 等[36,37]時，隨著元素含量的增加，可使相變溫度明顯的升高，而 W[38,39]和 Cu 等元素的加入對相變溫度的影響不顯著，但 Cu 元素的加入可使 TiNi 合金相變滯后大大降低至約為原來的三分之一，結(jié)果和 Cu 基記憶合金的相變滯后類似。美國 Raychem 公司生產(chǎn)的 TiNiFe 記憶合金管接頭是形狀記憶合金的第一次成功應(yīng)用。圖 1-1 為普通管接頭和記憶合金管接頭的對比，形狀記憶合金管接頭因其重量輕，占用空間小，連接安全可靠，密封性良好，安裝和拆卸過程方便，易于維修等特點，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域中的飛機液壓氣壓管路的連接和核潛艇以及海底輸油管道中，因此形狀記憶合金管路連接成為美國軍用飛機唯一許用的管接頭系統(tǒng)。TiNiFe 合金中加入 Fe 元素后，部分取代了 Ni 的位置，Ms溫度下降低至-50 C 以下，但由于 TiNiFe 合金相變滯后寬度較窄，大約為 30~50℃，導(dǎo)致 As溫度遠(yuǎn)低于室溫，致使管接頭在低溫下擴徑后不能在室溫中放置，安裝之前需要儲存在液氮當(dāng)中，給工程應(yīng)用時帶來了諸多不便。

圖 1-2 TiNiNb 合金鑄態(tài)和軋制后的掃描電鏡照片[41](a)鑄態(tài)；(b)軋制態(tài)1.2.2 TiNiNb 合金的馬氏體相變TiNiNb 合金馬氏體相變可以通過熱誘發(fā)、應(yīng)力誘發(fā)和應(yīng)變誘發(fā)而產(chǎn)生誘發(fā)馬氏體相變是由溫度下提供化學(xué)驅(qū)動力而產(chǎn)生的相變過程，典型iNiNb 合金的溫度—電阻率曲線如圖 1-3，可以觀察到，降溫過程中，溫度 Ms溫度時，，電阻率突然開始迅速下降，此時合金內(nèi)發(fā)生馬氏體相變過程溫過程中，溫度升到 As溫度時，電阻率開始迅速上升，此時合金內(nèi)馬氏向母相進行逆轉(zhuǎn)變過程。母相向馬氏體相轉(zhuǎn)變的過程中，電阻率只發(fā)生了突變[42]，說明 TiNiNb 合金中馬氏體相變過程并沒有 TiNi 合金中普遍存 R 相變階段，可能是由于 Nb 元素的引入抑制了 R 相變的發(fā)生[43,44]。熱誘氏體相變過程中，馬氏體易在 β-Nb 相軟粒子周圍形核并迅速長大,從而呈群團狀區(qū)域式的特征，不連續(xù)地向前推進, 最終長成團狀的馬氏體。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG139.6;TG156

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本文編號：2516903