多晶niti合金中应力诱发马氏体相变的原位.研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明6、l本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印

2、或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)魏毫≮一名壤蜞魄夕甲。6、‘

3、第1章NiTi形状记忆合金的基本性质及应用1．1绪论1．1．1形状记忆效应NiTi形状记忆合金具有超弹性、形状记忆效应、良好的生物相容性和与人体骨骼接近的杨氏模量等一系列优异的物理性质。因此，NiTi合金被广泛的应用于工业、航空航天、军事以及生物医学领域【l】。1963年，美国海军武器研究室的Buehler博士在一次偶然的机会发现近等原子比的NiTi合金具有形状记忆效应【zJ。形状记忆效应的研究最早可追溯至U1938年，

4、Greninger和IMooradianl31发现在Cu-Zn合金加热和冷却过程中马氏体会随之收缩与长大。1949年，Kurdjumovl4

5、在Cu-A1-Ni合金中发现冷却样品可使马氏体形成并长大，升温时马氏体收缩直至消失发生逆相变，这类相变被称为热弹性马氏体相变。图1．1是形状记忆效应的示意图。将样品从初始状态I大应交弯曲到状态II；卸载应力后，样品内的弹性应变回复而塑性变形只有部分回复，样品回复到状态III：对处于状态III的样品加热到某一温度(如马氏体逆相变开始温度—Ms)时，样品的塑性变形开始回复

6、；当加热样品到更高的温度(如马氏体逆相变结束温度—Mf)时，样品的塑性变形完全消失，样品形状回复到变形前的形状(状态IV)。北京工业大学理学博士学位论文图1．1弯曲变形NiTi合金的形状记忆效应示意图。Figure1-1Illustrationoftheshapememo拶effectforNiTialloysunderbendingtest．1．1．2超弹性NiTi合金除具有形状记忆效应外还具有优异的力学性能～超弹性／伪弹性。超弹性／伪弹性是指卸载应力后，样品的应变可完全或部分回复(在后续的加热过程中完全

7、回复)。NiTi合金的超弹性包括相变引起的伪弹性、马氏体再取向引起的伪弹性以及相变和马氏体再取向耦合的伪弹性【5J。在外界应力作用下，弹性变形阶段以后应变的释放可以通过滑移和应力诱发马氏体相变来进行，而滑移所产生的塑性变形在随后的加热过程不能完全回复。因此要想获得伪弹性／超弹性，NiTi合金必须经过一定的热机械处理，使样品内诱发滑移所需应力高于诱发马氏体相变所需应力。NiTi合金中的无扩散型热弹性马氏体相变【6】是材料具有伪弹性的另一个前提条件。／-、C咭厶茎、_—／∞2■—●∽Strain(％)图1-2超

8、弹性NiTi带状样品的应力．应变曲线。Figure1-2Thestress-straincurveforsuperelasticNiTistrip．图1．2是美国记忆合金公司(MemryCo．USA)提供的超弹性NiTi记忆合金单轴拉伸的应力．应变曲线，应变速率为104s～。图中的应力．应变曲线可以划分为以下几个阶段：(I)母相的弹性变形阶段、(II)应力诱发马氏体相变阶段、(III)马氏体相的弹性回复阶段、(IV)马氏体逆相变阶段和(V)母相的弹性回复阶段。从图中可以明显看出NiTi合金的超弹性：样品7％

9、变形后的残余应变仅为2第1章NiTi形状记忆合金的基本性质及应用0．1％。当应变速率很低且样品具有明显的择优取向时，马氏体相变可以在恒定应力下持续进行，如图1．2所示的应力平台。通常认为平台的开始和结束分别对应马氏体相变的开始和结束。而最近的原位光学实验发现在平台结束时还有部分的残余母相没有转化为马氏体[71。1．2NiTi合金的晶体学研究1．2．1晶体结构常数1957年Philip／8】确定NiTi合金母相的单胞为简立方结构，晶体结构常数为al=bl=c]=O．3015nm,al=JBl=yl=90。。在

10、NiTi合金研究初期，马氏体的结构一直是人们研究的热点和难点。1961年，Purdy和Pa玎【9】确定马氏体的结构为六角形。1965年，Dautovich和Purdyll0】用透射电子显微镜和X射线粉末衍射确定马氏体的结构为三斜。1968年，Marcinkowski等【11】确定NiTi合金中有两种不同的马氏体，·种马氏体的晶体结构常数为a2=0．519nm，b2=0．496nm，c2=0．425nm，旷990；