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热处理工艺对TiNi合金相变及形状记忆行为的影响大力钳

2022-09-08 20:31:00 大力钳

热处理工艺对Ti-Ni合金相变及形状记忆行为的影响

热处理工艺对Ti-Ni合金相变及形状记忆行为的影响 2011： Ti-Ni合金具有良好的形状记忆效应(SME)。为了获取SME，对近等原子比Ti-Ni合金，可采用中温退火处理或固溶＋低温退火处理；对富Ni合金，除上述处理方法外还可采用时效处理。同一合金按不同工艺处理后的相变及形状记忆行为的对比研究尚未见报道。本文以Ti-50.2Ni合金为对象，旨在系统研究热处理工艺因素对Ti-Ni合金相变及形状记忆行为的影响，为优化形状记忆处理工艺提供依据。

1试验方法

以纯度为99.9%的电解镍和99.7%的海绵钛为原料，用真空中频感应炉熔炼了Ti-50.2Ni(原子百分数)合金。合金铸锭经旋锻、拉拔等多道工序制成直径分别为1mm和3mm的丝。试样分别经中温(673～823K)退火和固溶(1113K)加低温(533K)退火处理，冷却方式采用水冷或空冷。相变温度、相变热等用Perkin Elmer DSC 7型示差扫描热分析仪(DSC)测量，加热冷却速率为10K／min，温度范围233K～423K。显微组织在S-2700扫描电镜上观察。腐蚀剂为HF∶HNO3∶H2O＝1∶4∶5。SME用弯曲法和拉伸法测试。弯曲法的弯曲半径为10mm。拉伸试验在Instron1195型电子拉伸机上进行，应变速率为3×10-3，试样尺寸φ1mm×140mm，标距60mm。

2试验结果

2.1加工状态对相变和SME的影响

Ti-50.2Ni合金在冷加工、693K中温退火及1113K固溶＋533K低温退火状态下，加热冷却时的热分析DSC曲线如图1所示，其中R、M和P分别代表R相、马氏体和母相。由图1可见，在冷加工和中温退火状态下，Ti-Ni合金加热冷却时的相变类型皆为，经固溶＋低温退火后的相变类型为PM。3种加工状态相比，中温退火后Ti-Ni合金的相变峰最尖锐，相变热(峰面积)最大。

对直线状Ti-Ni丝用弯曲法测试了3种加工状态下的SME。结果表明，中温退火后的SME最好。

不同加工状态下Ti-Ni合金丝的组织如图2所示。中温退火后，组织形态仍保持纤维状(图2a)。固溶＋低温退火后，组织形态呈等轴状(图2b)。

2.2中温退火工艺对相变及SME的影响

2.2.1退火温度中温退火温度(Th)对Ti-50.2Ni合金DSC曲线的影响如图3所示。随Th升高，R、P相变峰移向低温，M峰移向高温。Th≥823K时，R、M峰合并为一个峰，仅发生PM型转变。图4给出了Th对相变温度T(相变峰顶对应温度)和相变热Q(相变峰面积)的影响。其中，TR、TM、TP分别表示P→R、R→M、M→P相变温度，QR、QM、QP分别表示相应的相变热；由图4a可见，在673～773K范围内，随Th升高，TP、TR降低，TM升高。当Th≥773K后，随Th升高，Tp、TM升高。另外，由图4b知，随Th升高，QR、QM、QP升高，且在Th＝693K处Q达极大值，Q的最大值则在Th＝823K处。

中温退火温度对Ti-50.2Ni合金应力(σ)—应变(ε)曲线及其SME的影响如图5所示，虚线表示加热时应变恢复情况。在673～723K退火处理后，σ—ε曲线上出现了两个台阶，第一个台阶较小，由R相引起，第二个台阶较大，由M相引起［4］，当Th≥773K时，R相应变台阶不再出现。