宽温域高超弹应力NiTiNb形状记忆合金的微观组织结构研究

发布时间：2020-06-18 03:41

【摘要】：受母相强度低和热力学限制,形状记忆合金难以在低温、宽温域内呈现高超弹应力。最近,本课题组通过成分设计、熔炼、锻造及拔丝等工艺获得的Ni_xTi_yNb_z记忆合金丝材在低温、宽温域(-196℃至60℃)呈现出前所未有的超弹特性,其高超弹应力是商用NiTi记忆合金的3倍,远高于已报道的SMA的超弹应力。为探究Ni_xTi_yNb_z记忆合金高超弹特性的微观来源,本文利用SEM、TEM、STEM及EDS研究了Ni_xTi_yNb_z合金的微观组织、相组成及元素分布。SEM结果表明,Ni_xTi_yNb_z铸锭、温拔丝中出现了亮暗衬度相间的成分非均匀组织;而在冷拔丝中非均匀组织基本消失。冷拔丝的晶体结构属于B2母相,STEM结果表明,Ni_xTi_yNb_z冷拔丝基体中存在亮暗衬度区域,但是利用能谱没有分辨出明显的成分差别。经成分微调后获得了Ni_(x+0.5)Ti_(y+1.5)Nb_(z-2)温拔丝,TEM、STEM及EDS结果表明,该合金丝材呈现出亮暗衬度相间的微观组织,暗衬度区域的晶体结构为B2母相,是贫Ni、Nb富Ti区域;亮衬度区域呈条状组织分布,为富Ni、Nb贫Ti区域并且其中分布着第二相。此外,本文还利用电阻测试、原位降温同步辐射、原位降温TEM研究了在降温过程中NiTiNb合金的相变行为、相结构变化及微观组织演变。研究结果发现,NiTiNb记忆合金在降温过程中保持B2母相结构不变,但呈现电阻率异常升高、电子衍射花样出现额外斑点且斑点的强度随温度下降而增强等异常现象。这些异常现象与以往报道的马氏体预相变及应变玻璃转变相似,其根源有待于进一步研究。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG139.6
【图文】：

Ni合金,XRD图谱,母相,长程有序

1.13 Ni50+xTi50-x-[40]Fig. 1.13 Temperature-composition (T-c) phase diagram for as-quenched Ni50+xTi50-x[图 1.14 给出了 Ni51.5Ti48.5合金在不同温度下的 XRD 图谱，可以看出，降合金的平均相结构始终保持 B2 母相没有其他相衍射峰的出现。Ren 等位高分辨透射电镜对比了不同成分的 Ni50+xTi50-x（0≤ x ≤2）合金体系在 5 K 温度范围内的微观组织变化。研究结果发现，在 B2→B19’相变温度xTi50-x（0≤ x ≤1）相变为 B19’马氏体，这与文献报道[28]的长程有序转变，对于 Ni50+xTi50-x（x㧐1）体系，298 K 时，其衍射花样（图 1.15（a）出现母相衍射斑点外，在接近母相 1/3 位置处出现了微弱弥散的额外斑点果表明，随着温度的降低，这些类 R 相衍射斑点增强，并且逐渐接近 R点的位置。对于低 Ni 含量（缺陷含量低）的合金，其变化趋势更明显。度下，通过暗场像观察到尺寸为 1-5 nm 的纳米畴随机分布在类 B2 基体温度的降低，这些纳米畴逐渐长大（图 1.15（b）所示）。当温度低于 T畴的尺寸不再变化，阻止了长程有序 R 相马氏体的形成。

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