【摘要】：NiTiNb形狀記憶合金因兼具優(yōu)異的形狀記憶性能和機(jī)械性能,廣泛的應(yīng)用于管接頭等需要連接與密封的場(chǎng)合。連接與密封條件下,應(yīng)力松弛行為是影響其壽命和使用可靠性的關(guān)鍵因素。應(yīng)力松弛表征方法當(dāng)前主要采用一維材料拉伸法。采用該方法開(kāi)展室溫條件下應(yīng)力松弛研究的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)年,且僅能對(duì)材料宏觀應(yīng)力松弛行為進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬,不適于應(yīng)力松弛行為的系統(tǒng)研究。針對(duì)NiTiNb形狀記憶合金的應(yīng)力松弛研究,已開(kāi)展的工作較少,當(dāng)前僅基于拉伸試驗(yàn)開(kāi)展了一些材料級(jí)的高溫應(yīng)力松弛規(guī)律研究,而對(duì)反映NiTiNb形狀記憶合金實(shí)際使用狀態(tài)的、室溫條件下的應(yīng)力松弛及其主要影響因素尚無(wú)研究工作。本文針對(duì)NiTiNb形狀記憶合金的室溫應(yīng)力松弛表征需求,以當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金及其管接頭為研究對(duì)象,系統(tǒng)開(kāi)展了N 47Ti44Nb9形狀記憶合金的室溫應(yīng)力松弛表征新方法與室溫應(yīng)力松弛規(guī)律研究。首先,模擬Ni47Ti44Nb9合金的實(shí)際使用過(guò)程,采用具有控溫及力學(xué)測(cè)試功能的中子衍射裝置原位開(kāi)展了回復(fù)過(guò)程中物相轉(zhuǎn)變規(guī)律及其與回復(fù)應(yīng)力關(guān)系研究,并基于試驗(yàn)結(jié)果與Ni47Ti44Nb9合金相變規(guī)律等對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析,為深入了解回復(fù)應(yīng)力變化的規(guī)律與機(jī)理提供了重要的參考。然后,基于納米壓痕儀建立了 Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金室溫應(yīng)力松弛快速、經(jīng)濟(jì)的表征方法;采用該方法研究了加載速度、加載載荷等參量對(duì)Ni47Ti44Nb9合金室溫應(yīng)力松弛規(guī)律的影響,并結(jié)合位錯(cuò)移動(dòng)理論對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析;設(shè)計(jì)試驗(yàn)開(kāi)展了不同回復(fù)溫度對(duì)形狀記憶合金產(chǎn)品應(yīng)力松弛規(guī)律的影響,并對(duì)比了其與1Cr18Ni9、ZL204等常見(jiàn)金屬材料的應(yīng)力松弛風(fēng)險(xiǎn)。本部分研究結(jié)果將有助于全面了解NiTiNb形狀記憶合金的室溫應(yīng)力松弛規(guī)律。最后,基于X射線衍射儀建立了 Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金產(chǎn)品室溫應(yīng)力松弛在線的表征方法;論證了通過(guò)表面應(yīng)力間接表征回復(fù)應(yīng)力的可行性;并研究了不同回復(fù)溫度對(duì)約束回復(fù)管接頭表面應(yīng)力的影響規(guī)律,測(cè)試了經(jīng)約束回復(fù)處理的管接頭室溫條件下5個(gè)月內(nèi)的應(yīng)力松弛規(guī)律。本部分的研究?jī)?nèi)容將有助于解形狀記憶合金產(chǎn)品實(shí)際使用狀態(tài)下的應(yīng)力松弛規(guī)律。通過(guò)本項(xiàng)目的研究,建立起了 NiTiNb形狀記憶合金室溫應(yīng)力松弛快速、經(jīng)濟(jì)、無(wú)損、原位的表征方法,獲得了 NiTiNb形狀記憶合金典型使用條件下的室溫應(yīng)力松弛規(guī)律。研究結(jié)果將有助于系統(tǒng)開(kāi)展NiTiNb形狀記憶合金室溫應(yīng)力松弛研究工作,并指導(dǎo)NiTiNb形狀記憶合金產(chǎn)品的制備過(guò)程優(yōu)化和可靠性提升。
【圖文】：

１．１形狀記憶合金概述逡逑形狀記憶材料是一類能夠“記憶”其初始形狀的智能型功能材料，其主要特點(diǎn)是在逡逑某一溫度下受外力作用而變形，去除外力后仍保持其變形后的形狀，但于較高溫度下能逡逑自動(dòng)恢復(fù)到變形前的原有形狀，呈現(xiàn)出對(duì)原有形狀保持記憶的功能，這種功能（或特性）逡逑稱為形狀記憶效應(yīng)（Ｓｈａｐｅ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ｅｆｆｅｃｔ，ＳＭＥ）。逡逑形狀記憶材料是２０世紀(jì)７０年代才發(fā)展起來(lái)的一類新興功能材料。這類材料包括晶逡逑體和高分子兩類，晶體的形狀記憶效應(yīng)與馬氏體相變有關(guān)，而高分子的形狀記憶合金往逡逑往借助玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變或其他物理?xiàng)l件的激發(fā)實(shí)現(xiàn)。逡逑形狀記憶合金（Ｓｈａｐｅ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ａｌｌｏｙ，邋ＳＭＡ）是形狀記憶材料里應(yīng)用最為成功的一類逡逑晶體材料，它在具有顯著的形狀記憶效應(yīng)的同時(shí)，還兼具良好的機(jī)械性能，是集感知與逡逑驅(qū)動(dòng)于一體的智能材料。因其功能獨(dú)特，可以制作小巧玲瓏、高度自動(dòng)化、性能可靠的逡逑元器件而備受矚目，獲得了廣泛應(yīng)用。逡逑１．１．１形狀記憶合金特性逡逑－

超彈性是指當(dāng)ＳＭＡ處于較高環(huán)境溫度時(shí)，，對(duì)其施加應(yīng)力使其發(fā)生較大變形，當(dāng)應(yīng)逡逑力釋放后，ＳＭＡ仍能回到變形前初始形狀的現(xiàn)象�；诔瑥椥�，ＳＭＡ可用在很多需要逡逑大變形和大阻尼的結(jié)構(gòu)中。典型的超彈性如圖１－２所示，通過(guò)重物對(duì)超彈性ＳＭＡ絲加逡逑載，會(huì)使ＳＭＡ絲發(fā)生較大變形，當(dāng)取下重物后，ＳＭＡ絲會(huì)自動(dòng)回復(fù)到加載前的形狀。逡逑若反復(fù)重復(fù)上述過(guò)程，對(duì)超彈性狀態(tài)的ＳＭＡ絲反復(fù)加載及卸載循環(huán)，稱為超彈性循環(huán)。逡逑彈性循環(huán)下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線見(jiàn)圖１－３，其應(yīng)力應(yīng)變曲線將形成滯回圈，耗散機(jī)械加載的逡逑能量，因此ＳＭＡ具有良好的阻尼特性。ＮｉＴｉ基合金的比阻尼可達(dá)到１５％－２０％，邋ＣｕＺｎＡＪ逡逑合金的比阻尼高達(dá)３０％－８５％，是優(yōu)秀的阻尼材料。逡逑ｍｕ邐＾逡逑Ｍ邋ｉｌ逡逑應(yīng)變逡逑圖１－２邋ＳＭＡ超彈性彈簧邐圖１－３超彈性循環(huán)下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線逡逑１．１．２形狀記憶合金發(fā)展歷程逡逑ＳＭＡ從發(fā)明至今，共經(jīng)歷了形狀記憶效應(yīng)發(fā)現(xiàn)（２０實(shí)際３０－５０年代）、ＮｉＴｉ基合金逡逑發(fā)明并推廣應(yīng)用（２０世紀(jì)６０－７０年代）和全面提高發(fā)展（２０世紀(jì)８０年代至今）三個(gè)階段。逡逑第一階段，２０世紀(jì)３０－５０年代，ＳＭＡ的形狀記憶效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)。１９３２年瑞典化學(xué)家逡逑Ｏｌａｎｄｅｒ首次發(fā)現(xiàn)了邋ＡｕＣｄ合金總存在金屬相變
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG139.6

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本文編號(hào)：2592216