發(fā)布時(shí)間：2018-10-15 19:11

【摘要】：通常,鐵基合金的馬氏體相變?yōu)榉菬釓椥缘?這類合金不具備形狀記憶特性。采用奧氏體變形、奧氏體有序化、奧氏體時(shí)效熱處理等方法可以調(diào)控鐵基合金的馬氏體相變使其具有熱彈性特征,從而在鐵基合金中獲得形狀記憶效應(yīng)和超彈性。近年來,通過奧氏體時(shí)效熱處理引入有序析出相的方法已成功獲得了多種鐵基形狀記憶合金,如,Fe-Ni-Co-Ti、Fe-Mn-Al-Ni、Fe-Ni-Co-Al-Ta-B等。其中,日本東北大學(xué)対沼(Kainuma)課題組報(bào)道的Fe-Ni-Co-Al-Ta-B多晶形狀記憶合金,其在室溫具有巨大的超/偽彈性(大于13%的可恢復(fù)應(yīng)變,為Ni-Ti形狀記憶合金超彈性8%的兩倍左右)。同時(shí),該合金還具備良好的力學(xué)性能、阻尼性能等。由于該合金具有以上諸多的優(yōu)異特性,此外,還因價(jià)格低廉、加工性能優(yōu)異,而受到了人們的廣泛關(guān)注。Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金的熱彈性馬氏體相變主要受熱處理工藝影響。經(jīng)固溶、時(shí)效熱處理后,隨時(shí)效時(shí)間的增加,合金的馬氏體相變發(fā)生由熱彈性向非熱彈性轉(zhuǎn)變。時(shí)效熱處理引起基體的成分、硬度等變化,析出相的成分、尺寸、分布,以及形態(tài)的改變。這些變化對(duì)合金的馬氏體相變特征都有重要影響。因此,系統(tǒng)研究這類析出調(diào)控型鐵基合金的熱彈性馬氏體相變,確定合金熱彈性馬氏體相變的重要影響因素對(duì)于優(yōu)化鐵基形狀記憶合金的性能、開發(fā)新型高性能鐵基形狀記憶合金、鐵基形狀記憶合金的商業(yè)化應(yīng)用以及降低生產(chǎn)成本等至關(guān)重要。因而,本論文系統(tǒng)研究了析出強(qiáng)化型鐵基形狀記憶合金的熱彈性馬氏體相變。論文首先研究了Fe-28Ni-17Co-11.5Al-2.5Ta-0.05B(at.%)合金中γ’析出相的時(shí)效析出,時(shí)效處理對(duì)合金的馬氏體相變的影響;其次,研究了經(jīng)不同時(shí)效處理后,Fe-Ni-CoAl-Ta-B合金馬氏體逆相變后的組織演變規(guī)律;最后,采用HR-TEM分析了FeNi-Co-Al-Ta-B合金基體與析出相的界面結(jié)構(gòu),結(jié)合馬氏體的熱彈性和非熱彈性特征,得出熱彈性馬氏體與析出相之間的內(nèi)在聯(lián)系。本論文的主要結(jié)論如下:1)Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金固溶態(tài)由γ單相組成;時(shí)效態(tài)由γ基體、γ’有序相(晶內(nèi)析出)和β有序相(晶界析出)組成,各相的結(jié)構(gòu)分別為A1、L12有序和B2有序。合金樣品經(jīng)時(shí)效后,基體γ相的主要成分為Fe和Co,析出相γ’的主要成分為Ni、Al和Ta。時(shí)效時(shí),γ’和β有序析出相分別在γ基體晶內(nèi)和晶界析出,從而引起γ基體中的Ni、Al和Ta合金含量降低。2)Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金發(fā)生的馬氏體相變?yōu)?γ-FCC→α’-BCT/BCC。經(jīng)不同時(shí)效熱處理后,合金表現(xiàn)出不同的馬氏體相變特征。經(jīng)固溶或短時(shí)間時(shí)效處理時(shí),合金的馬氏體相變溫度較低,冷卻至液氮溫度時(shí)仍不發(fā)生馬氏體相變,可能的原因是大量的淬火缺陷抑制了馬氏體形核,極大地降低了馬氏體相變溫度。隨時(shí)效時(shí)間的增加,析出相的析出引起基體成分的變化、硬度增加,導(dǎo)致馬氏體相變溫度升高,而且合金的馬氏體相變呈現(xiàn)熱彈性特征。合金樣品經(jīng)更長時(shí)間時(shí)效后,析出相的長大導(dǎo)致基體成分、析出相與奧氏體/馬氏體的界面共格關(guān)系變化,使其馬氏體相變溫度進(jìn)一步升高、相變熱滯增加,最終馬氏體相變呈非熱彈性特征,馬氏體具有更高的熱穩(wěn)定性,如,700℃時(shí)效72h的合金合金樣品,在發(fā)生馬氏體相變后,隨后加熱至200℃以上,仍不發(fā)生馬氏體逆相變。3)Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金時(shí)效熱處理時(shí),γ’析出相隨時(shí)效時(shí)間的長大動(dòng)力學(xué)過程具有不同特征。時(shí)效初期,γ’析出相的長大動(dòng)力學(xué)過程符合Ostwald熟化機(jī)制,600℃和700℃析出相長大動(dòng)力學(xué)方程可分別表示為:600℃時(shí)效,3 3r-3.9(28)0.0005t(72ht240h);700℃時(shí)效,3 3r-9.1(28)0.06t(5ht48h)。700℃時(shí)效時(shí),當(dāng)合金樣品經(jīng)更長時(shí)間時(shí)效熱處理后(t48h),析出相的長大偏離Ostwald熟化過程。此外,不同的長大階段,合金的馬氏體相變特征不同:符合Ostwald熟化時(shí),合金的馬氏體相變?yōu)闊釓椥缘?而偏離Ostwald熟化時(shí),合金的馬氏體相變?yōu)榉菬釓椥缘�。這是因?yàn)槲龀鱿嗟拈L大受析出相周圍彈性應(yīng)力場的影響,當(dāng)析出相與基體保持共格時(shí),彈性應(yīng)力場的大小與析出相與基體錯(cuò)配度的平方和析出相尺寸成正比;當(dāng)析出相與基體失去共格時(shí),由于界面錯(cuò)配位錯(cuò)的產(chǎn)生,彈性應(yīng)力場降低,析出相迅速長大。4)Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金樣品經(jīng)時(shí)效后,隨時(shí)效熱處理時(shí)間的增加,合金發(fā)生馬氏體逆相變后的“不可恢復(fù)的組織”存在以下演變規(guī)律,即:位錯(cuò)→位錯(cuò)、層錯(cuò)→板條馬氏體(亞結(jié)構(gòu)為孿晶)→板條馬氏體。當(dāng)合金發(fā)生完全逆相變時(shí),與Fe-Pt形狀記憶合金類似,馬/奧界面處存在位錯(cuò)排列;當(dāng)合金的馬氏體逆相變導(dǎo)致電阻測試中開始出現(xiàn)不可逆電阻時(shí),合金的微觀結(jié)構(gòu)中有大量的層錯(cuò);當(dāng)不可逆電阻進(jìn)一步增加時(shí),合金的微觀結(jié)構(gòu)主要由位錯(cuò)型的板條狀馬氏體組成。5)時(shí)效調(diào)控型Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金的熱彈性馬氏體相變受馬氏體相變進(jìn)程的影響。馬氏體相變?cè)酵耆?相變時(shí)產(chǎn)生的不可恢復(fù)的顯微組織增多,如,位錯(cuò)、層錯(cuò)等,導(dǎo)致馬氏體穩(wěn)定性增加,鐵基合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性降低。熱誘發(fā)馬氏體相變時(shí),馬氏體片隨溫度的降低而長大,在生長受阻的區(qū)域停止長大,如:不同的馬氏體變體接觸區(qū)域、大的析出相顆粒周圍等。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低至更低溫度時(shí),更大的驅(qū)動(dòng)力使馬氏體片克服相變阻力而繼續(xù)長大,導(dǎo)致在大尺寸的析出相周圍產(chǎn)生界面位錯(cuò),阻礙了馬氏體逆相變,降低了形狀記憶特性。6)Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金的熱彈性馬氏體相變?nèi)Q于基體(奧氏體或馬氏體)與γ’有序析出相間的界面結(jié)構(gòu)。當(dāng)γ’有序析出相同時(shí)與奧氏體和馬氏體保持共格關(guān)系時(shí),合金的馬氏體相變?yōu)闊釓椥缘?當(dāng)析出相與奧氏體或馬氏體失去共格時(shí),合金的馬氏體相變?yōu)榉菬釓椥缘�。�?dāng)析出相的尺寸約為5~13nm,且馬氏體相變開始溫度Ms約為-150℃~-40℃時(shí),Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金的馬氏體相變?yōu)闊釓椥缘摹?br/>[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG139.6

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10 侯家璽,葛艷玲;利用最優(yōu)化理論研究馬氏體相變中不變應(yīng)變?cè)韀J];焊接技術(shù);1997年02期

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本文編號(hào)：2273550