NiTi-W原位复合材料的马氏体相变与性能
发布时间：2021-01-06 18:26
为获得高性能NiTi基记忆合金复合材料,通过熔炼、锻造、拔丝等手段获得一种NiTi-W原位复合材料。利用SEM扫描电镜观察材料显微组织; DSC测试材料的马氏体相变行为;利用WDT Ⅱ-20万能拉伸试验机测试材料的力学性能。SEM分析结果显示,拔丝加工使W纤维直径细化至几微米,甚至亚微米级别,在NiTi基体中沿拔丝方向一致排布。DSC测试结果显示,材料经不同温度退火后展现出复杂的可逆马氏体相变行为,在某些升、降温曲线上出现多个吸放热峰现象。拉伸测试结果显示,600℃退火样品经适当的预拉伸变形后,屈服强度会大大增加,由～200 MPa提升到～800 MPa,断裂应力超过1 GPa,断裂应变高达40%,材料展现出优秀的线性超弹性,是一种集高强度、高塑性、高线性超弹性于一身的高性能材料。
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Ti48.5Ni50.5W1合金样品的SEM图像
图1 Ti48.5Ni50.5W1合金样品的SEM图像图3给出了400～700℃退火样品的升、降温相变曲线。由图2看出，700～900℃退火样品的相变行为与700℃退火样品基本一致，故不再单独给出。从图3可以看到，这些曲线中相变峰的特点各有不同:400℃退火样品的升降温曲线都只有一个相变峰，并且升温峰和降温峰的温度非常接近，滞后非常小。这符合R相变特征，说明此时仅发生了正、逆R相变，没有马氏体相变。很可能样品经400℃退火后，内部缺陷密度仍比较高，这些缺陷对马氏体相变有较大的阻碍作用，因此，在升、降温过程中，只有相对容易的R相变发生。
500℃退火的样品，相变峰更加尖锐。升温曲线上出现部分重合的双峰，即两个相变峰部分叠加在一起。在二元Ni Ti记忆合金中，这种情况通常低温峰是R相逆相变峰，高温峰是马氏体逆相变峰[17]。说明在之前的降温过程中不但发生了R相变，部分R相还进一步发生了马氏体相变。但观察降温曲线看似仍只有单峰，而该单峰与逆相变峰滞后很小，说明降温曲线上看到的单峰仍为R相的正相变峰，并未观察到明显的马氏体相变峰。这可能是马氏体相变量很小，峰并不明显，也可能是此时样品中马氏体转变较为均匀，被掩盖在背景曲线中;到了600℃，退火样品升温曲线上仍出现部分重合的双峰，并且双峰分开得更加明显一些，而降温曲线出现3个几乎独立的相变峰。升温曲线出现部分重合双峰的机制应该和前面的解释相同，即低温峰是R相逆相变峰，高温峰是马氏体逆相变峰。但降温曲线出现3个相变峰的情况在二元Ni Ti记忆合金中并不常见。考虑到在Ni Ti-W复合材料中，分布于W纤维附近的Ni Ti和远离W纤维的Ni Ti受到W纤维的约束不同，其弹性应变能也必然不同。而弹性应变能可以显著改变Ni Ti记忆合金的相变温度，因此分析降温曲线中，温度最高的相变峰为R相变峰(因其滞后最小)，中间的相变峰为远离W纤维的Ni Ti发生的马氏体相变峰，而温度最低的相变峰为分布在W纤维附近的Ni Ti发生的马氏体相变峰(因其受W纤维约束最显著，弹性应变能高，正相变阻力大)。700℃退火样品的热诱发相变行为却又发生了改变，升温曲线则在低温端先出现一个尚未完全分离的双峰，在稍高温度处又出现一个独立的单峰，即升温曲线出现了3个相变峰。而降温曲线上出现2个明显的独立相变峰，通过仔细观察，会在低温峰刚刚结束的位置看到一个非常小的“尖端”，应该是一个非常小的峰，因此，降温曲线上也有3个相变峰，估计和升温曲线的3个相变峰对应。那么，降温曲线的3个相变峰和600℃退火样品情况类似，温度由高到低分别对应R相变峰、远离W纤维的Ni Ti的马氏体相变峰和分布于W纤维附近的Ni Ti的马氏体相变峰。而升温曲线的3个相变峰，温度由低到高依次为:R相逆相变峰(滞后小)、分布在W纤维附近的Ni Ti马氏体逆相变峰(弹性能高，正相变阻力大，则逆相变驱动力大，更容易先发生逆相变)和远离W纤维的Ni Ti马氏体逆相变峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NbTi-NiTi原位复合材料的约束态相变阻尼[J]. 姜江,蒋小华,姜大强,郝世杰,郭方敏,崔立山,张林伟. 中国有色金属学报. 2017(05)
[2]TiNiW合金微观结构与相变特性研究[J]. 袁志山,石世威,吝德智,崔跃,冯昭伟,李君涛,尚再艳,朱明. 金属功能材料. 2017(02)
[3]模量可变NiTi-NbTi原位复合材料[J]. 姜江,蒋小华,姜大强,郝世杰,郭方敏,崔立山. 中国有色金属学报. 2017(04)
[4]超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性[J]. 姜江,崔立山,姜大强,蒋小华,焦淑静. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(03)
本文编号：2961049
【文章来源】：金属热处理. 2020,45(06)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
Ti48.5Ni50.5W1合金样品的SEM图像
图1 Ti48.5Ni50.5W1合金样品的SEM图像图3给出了400～700℃退火样品的升、降温相变曲线。由图2看出，700～900℃退火样品的相变行为与700℃退火样品基本一致，故不再单独给出。从图3可以看到，这些曲线中相变峰的特点各有不同:400℃退火样品的升降温曲线都只有一个相变峰，并且升温峰和降温峰的温度非常接近，滞后非常小。这符合R相变特征，说明此时仅发生了正、逆R相变，没有马氏体相变。很可能样品经400℃退火后，内部缺陷密度仍比较高，这些缺陷对马氏体相变有较大的阻碍作用，因此，在升、降温过程中，只有相对容易的R相变发生。
500℃退火的样品，相变峰更加尖锐。升温曲线上出现部分重合的双峰，即两个相变峰部分叠加在一起。在二元Ni Ti记忆合金中，这种情况通常低温峰是R相逆相变峰，高温峰是马氏体逆相变峰[17]。说明在之前的降温过程中不但发生了R相变，部分R相还进一步发生了马氏体相变。但观察降温曲线看似仍只有单峰，而该单峰与逆相变峰滞后很小，说明降温曲线上看到的单峰仍为R相的正相变峰，并未观察到明显的马氏体相变峰。这可能是马氏体相变量很小，峰并不明显，也可能是此时样品中马氏体转变较为均匀，被掩盖在背景曲线中;到了600℃，退火样品升温曲线上仍出现部分重合的双峰，并且双峰分开得更加明显一些，而降温曲线出现3个几乎独立的相变峰。升温曲线出现部分重合双峰的机制应该和前面的解释相同，即低温峰是R相逆相变峰，高温峰是马氏体逆相变峰。但降温曲线出现3个相变峰的情况在二元Ni Ti记忆合金中并不常见。考虑到在Ni Ti-W复合材料中，分布于W纤维附近的Ni Ti和远离W纤维的Ni Ti受到W纤维的约束不同，其弹性应变能也必然不同。而弹性应变能可以显著改变Ni Ti记忆合金的相变温度，因此分析降温曲线中，温度最高的相变峰为R相变峰(因其滞后最小)，中间的相变峰为远离W纤维的Ni Ti发生的马氏体相变峰，而温度最低的相变峰为分布在W纤维附近的Ni Ti发生的马氏体相变峰(因其受W纤维约束最显著，弹性应变能高，正相变阻力大)。700℃退火样品的热诱发相变行为却又发生了改变，升温曲线则在低温端先出现一个尚未完全分离的双峰，在稍高温度处又出现一个独立的单峰，即升温曲线出现了3个相变峰。而降温曲线上出现2个明显的独立相变峰，通过仔细观察，会在低温峰刚刚结束的位置看到一个非常小的“尖端”，应该是一个非常小的峰，因此，降温曲线上也有3个相变峰，估计和升温曲线的3个相变峰对应。那么，降温曲线的3个相变峰和600℃退火样品情况类似，温度由高到低分别对应R相变峰、远离W纤维的Ni Ti的马氏体相变峰和分布于W纤维附近的Ni Ti的马氏体相变峰。而升温曲线的3个相变峰，温度由低到高依次为:R相逆相变峰(滞后小)、分布在W纤维附近的Ni Ti马氏体逆相变峰(弹性能高，正相变阻力大，则逆相变驱动力大，更容易先发生逆相变)和远离W纤维的Ni Ti马氏体逆相变峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]NbTi-NiTi原位复合材料的约束态相变阻尼[J]. 姜江,蒋小华,姜大强,郝世杰,郭方敏,崔立山,张林伟. 中国有色金属学报. 2017(05)
[2]TiNiW合金微观结构与相变特性研究[J]. 袁志山,石世威,吝德智,崔跃,冯昭伟,李君涛,尚再艳,朱明. 金属功能材料. 2017(02)
[3]模量可变NiTi-NbTi原位复合材料[J]. 姜江,蒋小华,姜大强,郝世杰,郭方敏,崔立山. 中国有色金属学报. 2017(04)
[4]超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性[J]. 姜江,崔立山,姜大强,蒋小华,焦淑静. 中国石油大学学报(自然科学版). 2012(03)
本文编号：2961049
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