富Ti含量Ti-Ni合金制备及其负热膨胀性能与相变行为研究
本文关键词:富Ti含量Ti-Ni合金制备及其负热膨胀性能与相变行为研究
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【摘要】:为了探明富Ti含量Ti-Ni合金的负热膨胀(NTE)行为规律及揭示其微观机理,并实现制备热膨胀系数(CTE)可控的Ti-Ni合金基复合材料的目标,本论文首先采用真空电弧熔炼法结合快速凝固技术制备出成分介于33.3~50 at.%Ni之间的一系列富Ti含量Ti-Ni合金,研究了吸铸、淬火和退火三种热处理状态下的Ti-Ni合金的NTE行为与成分的关系;随后通过对此三种状态的Ti-Ni合金的相变行为、物相组成的研究,阐明了富Ti含量Ti-Ni合金的NTE行为规律及其产生的本质机理;最后,研究了富Ti含量Ti-Ni合金在循环压缩载荷下的力学性能,并采用粉末烧结法制备出多孔Si C/Ti-Ni和Pb Ti O3/Ti-Ni复合材料。研究结果表明,具有特定成分的富Ti含量Ti-Ni合金在升温和降温过程中呈现NTE行为,其产生原因是Ti-Ni合金中的热弹性正/逆马氏体相变,但所测得的NTE应变远小于最大相变应变的理论计算值。在30~200℃升温过程中,成分位于38~50.1 at.%Ni之间的Ti-Ni合金具有明显的NTE响应,且NTE系数的绝对值和NTE应变都随着Ni含量的升高呈先增大后减小的趋势;当Ni含量为46 at.%,两者同时达到最大值;所研究的其它成分的Ti-Ni合金不具有NTE行为。富Ti含量Ti-Ni合金的NTE响应相对于相变过程具有一定的滞后规律性,表现为NTE区间较相变区间向高温区整体移动了25℃左右。吸铸态、淬火态、退火态的富Ti含量Ti-Ni合金的NTE行为和相变过程随成分变化的规律相似;对于相同成分不同状态的富Ti含量Ti-Ni合金,它们的NTE起始温度(Ts)、结束温度(Tf)和相变起始温度(As)、结束温度(Af)都遵循退火态淬火态吸铸态的规律;但对于NTE应变,则表现为退火态吸铸态淬火态。富Ti含量Ti-Ni合金在恒应变(4%)循环压缩加载下的最大应力值随Ni含量增加呈先增大后减小的规律,而残余应变则随着Ni含量的增加呈不断增大的趋势。Si C/Ti-Ni复合材料NTE系数的绝对值与Si C含量呈负线性关系,且符合修正后的ROM混合定则。Pb Ti O3/Ti-Ni复合材料的CTE随第二相加入的变化规律与Si C/Ti-Ni复合材料类似。
【关键词】:富Ti含量Ti-Ni合金 负热膨胀 相变 力学性能 复合材料
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB33;TG146.23
【目录】:
- 摘要5-6
- Abstract6-11
- 第一章 绪论11-27
- 1.1 负热膨胀材料11-15
- 1.1.1 负热膨胀材料简介11
- 1.1.2 负热膨胀材料表征11-12
- 1.1.3 负热膨胀机理12-13
- 1.1.4 负热膨胀材料的发展与应用13-15
- 1.2 Ti-Ni合金15-24
- 1.2.1 Ti-Ni合金的相变特征15-19
- 1.2.2 Ti-Ni合金形状记忆效应与超弹性19-21
- 1.2.3 Ti-Ni合金负热膨胀性能21-23
- 1.2.4 Ti-Ni合金制备方法23-24
- 1.2.5 Ti-Ni合金的应用24
- 1.3 Ti-Ni合金基复合材料24-25
- 1.3.1 Ti-Ni合金基复合材料的制备方法24
- 1.3.2 Ti-Ni合金基复合材料近零膨胀性能研究现状24-25
- 1.4 本研究工作主要目的和意义25-26
- 1.5 本研究工作主要内容26-27
- 第二章 实验材料、设备与方法27-32
- 2.1 实验材料27-28
- 2.2 实验设备28-29
- 2.3 样品制备方法29-30
- 2.3.1 致密Ti-Ni合金的制备29
- 2.3.2 SiC(PbTiO3)/Ti-Ni复合材料的制备29-30
- 2.4 表征方法30-32
- 2.4.1 热膨胀性能测试30-31
- 2.4.2 相变行为分析31
- 2.4.3 物相组成分析31
- 2.4.4 微观结构分析31
- 2.4.5 力学性能测试31-32
- 第三章 Ti-Ni合金负热膨胀行为32-43
- 3.1 前言32
- 3.2 实验方法32
- 3.3 实验结果与分析32-41
- 3.3.1 典型Ti-Ni合金热膨胀曲线32-34
- 3.3.2 吸铸态、淬火态、退火态Ti-Ni合金负热膨胀行为34-39
- 3.3.3 退火态Ti-Ni合金循环热膨胀性能39-41
- 3.4 本章小结41-43
- 第四章 Ti-Ni合金相变行为及负热膨胀机理分析43-59
- 4.1 前言43
- 4.2 实验方法43-44
- 4.3 实验结果与分析44-57
- 4.3.1 相组成与分布44-49
- 4.3.2 吸铸态、淬火态、退火态Ti-Ni合金相变行为49-52
- 4.3.3 退火态Ti-Ni合金相变行为和负热膨胀行为对比52-53
- 4.3.4 退火态Ti-Ni合金原位相变53-55
- 4.3.5 富Ti含量Ti-Ni合金负热膨胀机理分析55-56
- 4.3.6 Ti-Ni合金负热膨胀行为规律分析56-57
- 4.4 本章小结57-59
- 第五章 富Ti含量Ti-Ni合金力学性能及多孔Ti-Ni合金基复合材料近零膨胀性能 4959-66
- 5.1 前言59
- 5.2 实验方法59-60
- 5.3 实验结果与分析60-64
- 5.3.1 富Ti含量Ti-Ni合金力学性能60-61
- 5.3.2 SiC/Ti-Ni复合材料61-63
- 5.3.3 PbTiO3/Ti-Ni复合材料63-64
- 5.4 本章小结64-66
- 全文总结66-68
- 参考文献68-73
- 攻读硕士学位期间取得的研究成果73-74
- 致谢74-75
- 附件75
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