NiTi形狀記憶合金作為一種性能優(yōu)異的功能材料,不僅具有獨(dú)特的超彈性、形狀記憶效應(yīng)也有比較高的強(qiáng)度和韌性,在工程、醫(yī)學(xué)、航天等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。NiTi合金優(yōu)異的性能來源于其內(nèi)部發(fā)生的馬氏體相變,材料的力學(xué)性能是由材料的微觀結(jié)構(gòu)所決定的,為了NiTi合金更好的開發(fā)應(yīng)用,需要對材料微觀結(jié)構(gòu)、宏觀力學(xué)行為、相變行為三者的關(guān)系有更系統(tǒng)深入的研究。本論文使用原位X射線衍射、成像技術(shù),該技術(shù)可以在材料進(jìn)行力學(xué)加載時(shí)快速實(shí)時(shí)的給出材料組成相的體積百分比、晶格參數(shù)變化、擇優(yōu)取向演化、細(xì)觀應(yīng)變場等信息,尤其在研究加載時(shí)材料相變行為具有無可替代的優(yōu)勢。本論文應(yīng)用同步輻射原位衍射、成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對等近原子比NiTi合金板材在室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸加載情況下材料細(xì)觀變形應(yīng)變場、微觀衍射譜進(jìn)行測量分析。針對板材軋制方向及橫向分開進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)細(xì)晶的NiTi合金板材力學(xué)加載行為的各向異性明顯受材料織構(gòu)影響。超快原位的X射線成像結(jié)果中并沒有發(fā)現(xiàn)宏觀的馬氏體相變遷移條帶(呂德斯帶),數(shù)字圖像相關(guān)方法(DIC)分析材料的應(yīng)變場發(fā)現(xiàn)較小的應(yīng)變集中條帶可能與材料晶粒較小且晶粒內(nèi)部孿晶過多有關(guān)。高能快速X射線白光衍射結(jié)果顯示加載過程中相變導(dǎo)致重疊的衍射峰變寬左移且強(qiáng)度分散變?nèi)?配合實(shí)驗(yàn)室單色光衍射結(jié)果的佐證相變的發(fā)生過程。對于NiTi合金板材不同的織構(gòu)和晶粒尺寸大小對材料相變行為影響問題,首先使用了X射線極圖測量和電子背散射技術(shù)分別表征材料初始織構(gòu)與材料晶粒取向與分布信息。然后在自主開發(fā)的小型材料試驗(yàn)機(jī)上對同尺寸材料進(jìn)行同應(yīng)變率的室溫準(zhǔn)靜態(tài)拉伸半原位X射線衍射實(shí)驗(yàn),加載至斷裂后應(yīng)用掃描電子顯微鏡獲取樣品斷口的二次數(shù)字圖像。實(shí)驗(yàn)室X射線衍射結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料相變衍射峰演化過程與材料初始ζ-絲織構(gòu)相關(guān),經(jīng)過峰形擬合和簡化的全譜擬合后,大致給出相變程度與宏觀加載的聯(lián)系。應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體的衍射峰對于晶粒小的樣品表現(xiàn)出更小的擇優(yōu)取向現(xiàn)象。馬氏體相變完成點(diǎn)在應(yīng)力-應(yīng)變平臺之后,卸載后是否恢復(fù)形變與奧氏體相與應(yīng)變量和材料內(nèi)位錯(cuò)孿晶阻礙作用有關(guān)。光學(xué)成像結(jié)果顯示了加卸載過程中樣品的應(yīng)變條帶演化。本論文所采用的研究方法和相關(guān)討論為發(fā)展實(shí)驗(yàn)室X射線下原位加載技術(shù)提供了素材與思路,相關(guān)實(shí)驗(yàn)和結(jié)論為進(jìn)一步研究NiTi合金多晶的擇優(yōu)取向關(guān)系,宏觀力學(xué)行為與相變行為的研究提供了參考和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG139.6
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 形狀記憶效應(yīng)
        1.2.1 記憶合金的馬氏體相變
        1.2.2 NiTi合金的形狀記憶效應(yīng)
    1.3 NiTi合金晶體學(xué)
        1.3.1 NiTi合金的晶體結(jié)構(gòu)
        1.3.2 奧氏體與馬氏體的晶體學(xué)點(diǎn)陣關(guān)系
        1.3.3 相變機(jī)制的理論研究
    1.4 研究現(xiàn)狀
    1.5 本論文研究意義和內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)研究方法與裝置
    2.1 衍射理論
        2.1.1 X射線與原子的相互作用
        2.1.2 結(jié)構(gòu)因子
        2.1.3 粉末衍射的強(qiáng)度
        2.1.4 衍射峰形
        2.1.5 峰形擬合與分析
        2.1.6 全譜擬合
        2.1.7 織構(gòu)表示方法
    2.2 臺式衍射儀衍射實(shí)驗(yàn)
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)室下衍射幾何
        2.2.2 臺式衍射儀及自制拉伸裝置
    2.3 美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)光源X射線原位衍射成像技術(shù)
        2.3.1 裝置原理
        2.3.2 同步輻射下成像與衍射方法
        2.3.3 X射線數(shù)字圖像相關(guān)方法
第3章 同步輻射NiTi合金加載下衍射成像研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析
        3.3.1 宏觀力學(xué)行為X射線衍射分析
        3.3.2 DIC應(yīng)變場分析
    3.4 小結(jié)
第4章 原位加載NiTi合金的衍射研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析
        4.3.1 初始表征
        4.3.2 相變行為與呂德斯帶
        4.3.3 斷口觀察及實(shí)驗(yàn)相關(guān)分析
    4.4 小結(jié)
總結(jié)
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果

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本文編號：2879922