tininb形状记忆合金的性能研究及其作为中温管接头的优化设计

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1、中文摘要TiNiNb形状记忆合金的性能研究及其作为中温管接头的优化设计材料学专业研究生：莫华强指导教师：霍永忠教授为解决舰船核反应堆实现一体化堆芯布置中的关键部件——直流蒸汽发生器遇到的钛合金管与不锈钢管的连接问题，采用TittNittNb。形状记忆合金管接头被考虑为可行的方案之～。它与传统管路连接相比，具有结构简单、占用空间小、安装方便、重量轻、无有害物生成等优点。由于其特殊的使用环境，设计要求制得的管接头系统应能在室温下贮存和安装并具有足够连接强度，在中温(350℃左右)及室温与中温之间循环时应无明显的应力松弛，同时应具有一定的抗辐照能力。根据这些要求，本文研

2、究了该合金850℃退火后的组织、相变特性、恢复力性能、应力松弛行为和电子辐照效应等，建立了计算该合金管接头系统强度的数学模型，分析了该系统强度的影响因素，并进行了管接头的优化设计。使用X衍射、金相、扫描电镜、透射电镜等手段，系统地研究了该合金板材850E退火试样的物相等并对组织进行了评价。研究发现，物相除有TiNi基固溶体、B—Nb相和少量的(Ti，Nb)zNi相外，还有少量的未见文献报道的新相——1Ti。Ni，相：TiNi基固溶体基体的晶粒细小，为较完整的等轴晶，其中的位错很少；0-Nb相在晶内为球形。在晶界处为椭球形，总体呈带状分布特征；(Ti，Nb)。Ni相

3、里孤立分布；Ti2Ni。为纺锤状，出现于球形B—Nb相附近，其一端与B—Nb相接触。研究还发现，TiNi基固溶体的择尤取向为(110)晶面，与轧制态相同：由于固溶度了较多的Nb，其平均晶格常数较liNi大，为0．30204nm。使用带环境箱的MTS和DSC等设备，对该合金板材850E退火试样的相变特性和力学性能进行了测试和分析，研究了形变对马氏体逆相交温度及相变恢博士学位论文：TiNiNb形状记忆合金的性能研究及其作为中温管接头的优化设计复的影响以及热机械训练对相变超弹性的影响等，迸一步确定了该合金的预应变工艺。研究发现，在一60℃形变12～18％以及在～120～

4、一40℃形变16％后，马氏体逆相变温度分别随形变量增大和形变温度升高而大幅度上升：一60℃形变16％后的马氏体逆相变开始温度远高于室温(达63℃)，相变温度滞后约150℃，可恢复应变约5．3％，恢复率约43％。首次发现形变量增加到18％，马氏体逆相变开始温度可进一步提高到87℃，而姥时的可恢复应变约3．5％，恢复率约23％。使用带环境箱的MTS等设备，通过测定约束升温时的力——韫度曲线并结合首次采用的在线电阻法测量的电阻——温度曲线，系统地研究了该合金在不同预应变和不同预恢复条件下的恢复力—·温度关系以及其中的马氏体逆相变过程，掌握了其规律并取得了工程应用所需的相

5、关数据。研究发现，在一60℃形变后。随约束加热温度升高，恢复力在一定温度产生并近线性她快速增大到最大值：随预应变量增加，最大恢复力先增大后减小，在10％时达到最大，在16％和18％时也较高(分别为436MPa和385MPa)；对一604C形变16％试样进行预恢复后，最大恢复力及其对应温度有所减小和降低，但只要预恢复应变小于4％，即初始可恢复应变大子1．3％，最大恢复力就大于250MPa。研究还发现，恢复力——温度曲线近直线段斜率随大于10％后的形变量增大而有较大下降，但随预恢复应变增大而减小的变化较小。通过在MTS上进行的不同温度、不同载荷、不同温度循环下的应力松

6、弛实验，首次研究了该合金的应力松弛行为(讨论了应力松弛曲线的数学描述方法，分析了应力松弛机制，评价了抗应力松弛能力)。恒温应力松弛研究发现，当初始应力为360MPa，在500℃时的应力松弛较明显，而在350℃时的应力松弛不明显；在400℃时，初始应力较高(460MPa)的应力松弛较明显，而初始应力较低(260MPa和360MPa)的应力松弛不明显。变温应力松弛研究发现，初始应力为360MPa的应力松弛在40～50012进行循环时明显，丽在40～350℃及40～400℃进行循环时不明显：当在40～400℃进行循环时，初始应力较高(460MPa)的应力松弛较明显，而初

7、始应力较低(260MPa和360MPa)的应力松弛不明显。使用x衍射仪、扫描电镜研究有明显应力松弛行为的试样，发现了B—Nb有所析出、基体中Nb的固溶度有所下降、Ti：Ni。相消失等现象。用电子辐照方法，首次研究了该合金的抗辐照性能。DSc测量显示，在能量为1．7MeV、注量率为1．58×10“／m2S的电子辐照初期，该合金相变温度随Il中文摘要辐照时间延长而升高；4h时，大约升高20K；其后变化不大。使用x衍射仪、扫描电镜、透射电镜研究有明显辐照效应的试样，发现了辐照后组织变化较松弛试样更明显，有B—Nb大量析出、基体择尤取向弱化、Ti。Ni。相消失等现象。根据

8、这些现象，