冷拉拔镍钛合金纤维马氏体相变行为和弹热性能研究.pdf

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1、硕士学位论文冷拉拔镍钛合金纤维马氏体相变行为和弹热性能研究RESEARCHONTHEMARTENSITICTRANSFORMATIONANDELASTOCALORICEFFECTSINCOLD-DRAWNNI-TIWIRES朱雪洁哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB381学校代码：10213国际图书分类号：669.2密级：公开工学硕士学位论文冷拉拔镍钛合金纤维马氏体相变行为和弹热性能研究硕士研究生：朱雪洁导师：张学习教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB381U.D.C:669.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEMARTENSITICTRANSFORMATIONANDELASTOCALORICEFFECTSINCOLD-DRAWNNi-TiWIRESCandidate：ZhuXuejieSupervisor：Prof.ZhangXuexiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecia

3、lity：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要NiTi合金具有良好的记忆效应、超弹性及力学性能，是性能最优良、应用最广泛的形状记忆材料。弹热制冷是利用应力诱发马氏体相变，通过加卸载循环制冷的新型固体制冷技术，其中NiTi合金的弹热性能受

4、到了广泛关注。本文采用冷拉拔和焦耳退火相结合的方法制备连续、直径均匀且表面质量好的NiTi合金纤维，研究热处理对纤维成分、物相、显微组织及马氏体相变的影响，获得晶粒尺寸为微米和纳米量级的纤维，通过研究其超弹性、双程形状记忆效应，分析R相变和B19’相变的对应的弹热性能特点。对冷拉拔后获得的直径170µm的纤维进行热处理，发现1000℃固溶60min后晶粒尺寸为5-15µm（微米晶），而冷拉拔后在450℃时效30-180min后晶粒尺寸为20-40nm（纳米晶）。固溶后的纤维在450℃时效15-2400min，通过差示扫描

5、量热仪（DSC）分析表明时效后的微米晶纤维B19’相变温度随时效时间迅速升高（300min后），相变温差减小；纳米晶纤维中B19’相变受到抑制，只发生R相变；随后纳米晶纤维在300℃下低温时效60-300min，发现R相变温度随低温时效时间增加而升高，其中时效60min和120min的纤维中发生两步R相变。利用动态力学分析仪（DMA）研究NiTi合金纤维中对应于R相变和B19’相变的超弹性和双程形状记忆效应。R相变温度滞后小于5℃，应力滞后小于10MPa，3次超弹性循环即可获得稳定的超弹性；而B19’相变温度滞后大于60

6、℃，应力滞后大于200MPa，所以R相变较B19’相变具有更高的循环稳定性；R和B19’相变均产生显著的弹热效应，300MPa应力下R相变等温熵变值约为20J/kg·℃、B19’相变则为60-80J/kg·℃。B19’相变RC值高达1921.1J/kg，且制冷工作温度区间较R相变要宽，但是B19’相变滞后大，其弹热效应可逆性较R相变要差。对纳米晶NiTi纤维马氏体相变和弹热性能研究发现，纳米晶纤维中不含Ni4Ti3析出相或者含量极低，内应力场小，R相变和B19’相变所需的驱动力小；纳米晶纤维中析出相含量低，减小了相变时的

7、弹性应变能，因此R相变的对称性优于微米晶纤维；另外纳米晶纤维具有较高的屈服强度，其B19’相变超弹性温度区间大于70℃、等温熵变值可达到80J/kg·℃、制冷工作温度区间在30-60℃之间、制冷能力RC值接近2000J/kg，而微米晶纤维中B19’相-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文变超弹性温度区间仅有10℃左右，最大等温熵变值在60J/kg·℃左右，制冷能力RC值不到400J/kg。综合来看，纳米晶纤维的综合性能明显优于微米晶纤维。关键词：NiTi合金；超弹性；双程形状记忆效应；马氏体相变；弹热性能-II-哈尔滨工业

8、大学工学硕士学位论文AbstractNiTialloyisthemostwidelyusedshapememorymaterialwiththemostexceptionalperformanceowingtoitsexcellentshapememoryeffect,superelasticityandmechan