电子辐照TiNi合金的马氏体相变与形状记忆效应

发布时间：2020-09-09 15:38

　　随着航天应用的发展,对空间服役材料TiNi形状记忆合金的使用寿命与功能特性提出了更高的要求。在空间环境下TiNi合金受带电粒子辐射,造成性能衰减,影响航天器性能。然而,对电子辐照TiNi合金的研究较少、缺乏系统性,且电子辐照对TiNi合金的功能特性尚未涉及。本文采用x射线衍射分析、透射电子显微分析、示差扫描量热分析、拉伸试验和纳米压痕研究了电子辐照对TiNi合金的组织结构、马氏体相变、力学性能和形状记忆效应的影响规律,采用CASINO模拟了电子在TiNi合金中的能量分布,考察了马氏体相变行为、力学性能随能量分布的变化规律及机制。研究表明,经1.2 MeV能量电子辐照后的TiNi合金与未经辐照TiNi合金相比,室温条件下的相组成和微观组织结构均未发生明显变化,均为母相与马氏体相两相共存,马氏体亚结构均为{11(?)}I型孪晶。电子辐照对TiNi合金的马氏体相变行为有显著影响,未辐照态的TiNi合金为一步马氏体逆相变,电子辐照后TiNi合金出现三步马氏体逆相变,马氏体相变终止温度下降8℃,马氏体逆相变峰值温度下降4.7℃。模拟了TiNi合金电子辐照能量分布,得出了不同入射深度的辐照能量,辐照能量随入射深度增加而降低。研究表明,TiNi合金的逆相变步骤数目随电子辐照能量的增加呈现先增多后减少的趋势,在入射深度0.36 mm,25%剩余能量处出现最大值的五步马氏体逆相变,相变温度随电子辐照能量的增加呈现先降低后升高的趋势,在入射深度0.36 mm处取得相变温度的最低值。未辐照的TiNi合金,在20次热循环过程中,相变温度随热循环次数的增加单调下降;辐照后TiNi合金呈现出良好的相变温度稳定性,在前15次热循环过程中,辐照后TiNi合金的相变温度随热循环次数的增加单调下降,在随后的热循环过程中,相变温度基本保持不变。考察了退火对辐照后TiNi合金马氏体相变影响,DSC结果表明,辐照后TiNi合金经150℃和200℃,20 min退火后,马氏体相变行为与未辐照时的原始态一致;辐照后TiNi合金经250℃,10 min后,合金的马氏体相变行为与未辐照时的原始态一致。电子辐照后TiNi合金屈服强度下降,延伸率提高10.8%,形状记忆效应较未辐照的TiNi合金略有降低。辐照后TiNi合金的弹性模量与显微硬度与辐照能量有关,弹性模量和显微硬度均随辐照能量增加呈现先增大后降低的趋势,在入射深度0.36 mm,25%剩余能量处取得弹性模量与显微硬度的最大值。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.6
【部分图文】：

形状记忆合金,晶体结构

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文数 a=b=c=0.3015nm，α=β=γ=90°，B19 单斜结构晶胞含有四个原子，属，晶格常数 a=0.2885nm，b=0.4120nm，c=0.4622nm，α=γ=90°，β=献中[22]关于 B19 单斜结构晶格常数数值的报道略有差异，可能是由化造成的。Kudor 等人[23]通过总结前人报道结果得到了比较准确的马，并得到了马氏体晶体结构模型。B19 这种奇怪的马氏体成因有两马氏体单斜畸变结果[23]；2.C44和 C 同时软化的结果[24]。三斜结构的空间群，早期晶体学分析确定为菱方结构[25,26]，故习惯上称为 R 相。 B2 母相沿[111]对角线延伸而形成。实验证明，R 相具有一级相变特 B2 相的 α=90°突变为 R 相的 α=89.8°，相对应于[111]B2轴伸长 0.94却中，R 相的菱方角持续减小，表现出二级相变特性。为方便期间，度附近时 R 相按照菱方结构测得晶格常数以六方结构指数.738nm，c=0.532nm，α=γ=90 °，β=120°。

形态图,马氏体变体,形态,层错

TiNi 合金典型的马氏体变体自协作形态

示意图,内部组织结构,合金,特殊处理

(a) 明场像；(b)-(e) 分别为图(a)中 B,C, D, E 区域的选区电子衍射花-4 为 TiNi 合金的相变顺序示意图。在完全退火状态下，等原子单纯马氏体相变，即 B2→B19 ，但 TiNi 合金经某些特殊处理后B19 相变。但是，经特殊处理的 TiNi 合金经加热后的逆相变可以或 B19 →B2。

【参考文献】