TiNiFeNb形状记忆合金的组织结构及相变特性

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252011V01．32No．5948·952ISSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．(311hkxb@buaa．edu．CN文章编号：1000—6893(2011)05—0948—05TiNiFeNb形状记忆合金的组织结构及相变特性胡宁，刘福顺*北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191摘要：通过向Ti。。Ni；。合金中加入Fe和Nb元素，制备出一种四元Tit，Niso—xFexNb。形状记忆合金

2、。采用X射线衍射和背散射电子衍射的方法，测试和分析了合金的相结构及微观组织形态，采用电阻法系统研究了合金的相变特性。结果表明：Nb元素的加入并没有改变TiNiFe合金的B2结构，仅导致'广极少量的富Nb相在基体中析出。但是Nb元素的加入抑制了合金相变过程中R相的产生；随着Fe元素原子分数从1％提高到3％，合金的马氏体相变开始温度从273．7K急剧降低至137．2K。另外，Ti。。Ni。，Fe。Nb。形状记忆合金表现出良好的形状记忆效应。当预应变为8％时，合金的应变回复率达到J，92．66％。关键词：形状记忆合金；Ti。。Ni妒xFexNb。

3、；微观组织结构；相变特性；形状记忆效应中图分类号：V252；TGl39．6文献标识码：A形状记忆合金驱动器主要是利用材料的热弹性马氏体转变产生的回复原来形状的回复力，完成驱动动作。与传统机械或电磁驱动器相比较，具有结构简单、无驱动能量消耗等显著优点。因此，它在航空航天、机械电子和生物医学等行业得到广泛的应用【l‘6]。目前，形状记忆合金驱动器多用于中高温领域，能用于低温(小于173K)的形状记忆合金驱动器还鲜有报道。现有的低温形状记忆合金材料还不能完全满足记忆合金驱动器的要求，因为以TiNiFe合金为代表的低温形状记忆合金，虽具有相变温度低

4、、加工性能好、寿命长和耐腐蚀等优点，但是TiNiFe合金相变过程中有中间相变发生，将会导致驱动器在降温或升温的过程中发生两次位移，使其控制精度下降。因此，研究如何控制TiNiFe合金的中间相变，制备出一种无中间相的低温形状记忆合金具有重要意义。本文通过向TiNi形状记忆合金中加入Fe和收稿日期：2010—08—18；退修日期：2010-09—22；录用日期：2010-11-22基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50921003)"X-通讯作者．Tel．：010．82338550E-mail；liufs@buaa．edu．CNN

5、b元素，设计出一种能够用于制作低温形状记忆合金驱动器的TiNi基低温形状记忆合金——TiNiFeNb，系统地研究了该合金的室温微观组织结构、相变行为和形状记忆效应。1实验方法采用真空非自耗电弧炉，在水冷铜坩埚中熔炼实验用的Ti。。Ni；。一xFexNb-合金，其中X的取值分别为l、2和3。与之对应的3种合金分别记为A1、A2、A3。为保证合金样品的成分均匀，每个铸锭熔炼5次。铸锭经1123K，24h真空均匀化退火处理。取部分A3铸锭，在l123K下将其轧制成1．2mm厚的板材，以便测试合金的形状记忆效应。采用线切割方法切取X射线衍射(XRD

6、)、扫描电镜、电阻和力学拉伸试样。采用日本理学D／max2200pcX射线衍射仪测试了合金的相组成。采用Apollo300扫描电子显微镜观察了合金的微观组织形态。采用电阻相变测试戮用摇武l葫宁．努3福赣?TiNiFeNb形状记忆合金的组织结构及相变特性e∞．航空学报。2011t32(5)；948-952．HuNing。LiuFushun．MicrostructureandtransformationbehaviorofTiNiFeNbshapememoryalloys￡以．ActaAeronauticaetAstronauticaSinzc

7、a．201I．32(5)：948-952．自}#zT一ⅫFeNb≈nZE☆±∞目m％№＆#女*#仪测量合金的相变曲线(降T曲线)．测世的温度范围为50～300K，降温速率为2K／rain。采用MTS880拉伸试验机测试轧制后台金的记忆效应，城样的标距长度为30mm。z实验结果与分析2．1Ti⋯Ni⋯Fe，Nb，形状记忆台金的微观组织结构图1给出了合金样品A1、A2和A3的x射线衍射谱。从图叶1可见．Tl；，Nl⋯FexNb【合金的室温相结构为B2奥氏体相。j科2给出r合盒样品A1、A2和A3的微观组织形貌。图片显球．合金的灰色基体中分布着少

8、量的白色的第二相．能谱分析数据如表1所示。由于析m柑的尺寸太小，探头接受的反射波信号有部分来自基休，所“表1的数据不能用于精确的定量分析．但可以作为定性分析的依据。表t中的数据表