孔结构参数对带孔β钛基形状记忆合金薄板超弹性的影响

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1、学校代码10530学号201510131310分类号TG146.2密级公开硕士学位论文孔结构参数对带孔β钛基形状记忆合金薄板超弹性的影响学位申请人王宏指导教师林建国教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料学二〇一八年五月EffectsofPoreStructuralParametersontheSuperelasticityofaBeta-typeTi-basedShapeMemoryAlloySheetwithPoresCandidateHongWangSupervisorProfessorJian

2、guoLinCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialsScienceandEngineeringSpecializationHigh-performanceMetallicMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018摘要新型无毒多孔形状记忆钛合金具有低弹性模量、良好的生物相容性以及人体骨骼相似的结构等优点，作为植入材料具有潜在的应用前景。然而由

3、于多孔合金中孔的存在会导致应力集中，从而降低合金的超弹性。深入研究多孔形状记忆合金中孔的存在所引起的应力集中对合金相变与微观变形的影响，对于揭示β钛基多孔形状记忆合金所表现出的独特力学行为的微观机理具有重要意义。为此，本论文以β型Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn形状记忆合金为研究对象，采用数字图像相关技术对带孔和不带孔的合金薄板试样的变形过程进行实时观测，研究了孔结构参数对该合金在变形过程中的应变场分布、应力诱发马氏体相变和超弹性的影响及其机理。主要研究内容和结果如下：（1）采用真空氩弧熔炼方法制备了Ti-7.5Nb-4

4、Mo-2.5Sn合金，该合金经冷轧变形(变形量93%)和800℃退火30min后，其显微组织由β相组成，平均晶粒度为50m；该合金在室温下可表现出超弹性能，其应力诱发马氏体相变的临界应力约为238MPa，抗拉强度为500MPa，延伸率为27%，在预变形量为3%的条件下，其回复率约为57%。（2）研究了孔径大小的孔缺陷对单孔β钛基形状记忆合金试样超弹性的影响，研究结果表明，在拉伸过程中，孔的存在会导致了孔周围的应力集中，从而影响应力诱发马氏体相变过程，随着孔径的增加，应力集中加剧，马氏体相变的局部化更严重，卸载后，孔周围合金

5、组织中存在有残余塑性变形或机械孪生，从而引起合金的超弹性的下降。（3）研究了孔间距对双孔β钛基形状记忆合金试样超弹性的影响，结果表明，随着孔间距的增加，合金试样的应力诱发马氏体相变的临界应力呈现逐渐减小的趋势，而其超弹性先下降后上升，其原因在于，随着孔间距的增加，孔间的应力交互作用逐渐减弱，局部变形程度降低。（4）研究了孔排布方式对四孔与双孔试样的拉伸力学性能及超弹性的影响，结果表明，不同排布方式会对孔周围应力场的分布产生重要影响，合理的设计孔排布方式可降低孔周围应力集中程度，从而改善合金的超弹性。关键词：β钛基形状记忆合金

6、；超弹性；数字图像相关技术；几何缺陷IAbstractNewβ-typeporousTi-basedshapememoryalloys(SMAs)havealowelasticmodulus,goodbiocompatibilityandamimicstructureofhumanbones,etc.,whichshowthepotentialapplicationprospectsastheimplantingmaterials.However,duetothepresenceoftheporesintheporousal

7、loys,itcancausethestressconcentration,whichmaydecreasethesuperelasticityofthealloys.Deepstudyontheeffectsofthestressconcentrationcausedbytheporesonthephasetransformationandmicro-deformationoftheporousSMAsishelpfulinrevealingthemechanismsfortheuniqueperformancesofth

8、eporousSMAs.Thus,inthepresentthesis,ashapememoryalloy,Ti-7.5Nb-4Mo-2.5Sn,wastakenastheresearchobject.Thedeformationprocessofthealloysheetswithand