Ti-Nb-Mo-Sn形狀記憶合金的成分與組織優(yōu)化及對其超彈性能的影響.pdf

1、新型β鈦基形狀記憶合金因具有低的彈性模量、優(yōu)良的生物相容性、良好的耐腐蝕性和無毒等優(yōu)異性能，在生物移植材料領域具有廣闊的應用前景。針對β鈦合金的馬氏體相變誘發(fā)應力較低、超彈性回復應變較小以及穩(wěn)定性較差等問題，本文系統(tǒng)地研究了合金化元素對 TiNb合金顯微組織和超彈性能的影響規(guī)律及機理，并根據(jù)d電子理論設計出Ti-Nb-Mo-Sn四元形狀記憶合金，研究合金化元素，顯微組織（第二相強化，織構和晶粒尺寸）和熱加工工藝對該合金的超彈性能的影響規(guī)

2、律及其機理。優(yōu)化了合金的顯微組織和超彈性能，為新型無毒鈦基形狀記憶合金的設計和顯微組織優(yōu)化提供了理論和實驗依據(jù)。在此基礎上研究了不同服役條件對Ti-Nb-Mo-Sn合金的超彈性能的影響。本論文主要工作與結論如下：
　　1.研究了第三種元素（Ta，F(xiàn)e，Zr，Mo，S i和S n）對TiNb形狀記憶合金的應力誘發(fā)馬氏體相變和超彈性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，合金的平均價電子數(shù)和合金化元素的原子半徑與TiNb合金的馬氏體相變誘發(fā)應力之間存

3、在明顯的相關性，合金的平均價電子數(shù)越大或合金化元素的原子半徑越小，其馬氏體相變誘發(fā)應力越大。
　　2.根據(jù)d-電子軌道理論設計出一種新型Ti-Nb-Mo-Sn四元形狀記憶合金，并研究Sn成分含量對顯微組織、變形機理、應力誘發(fā)馬氏體相變機制和超彈性能的影響規(guī)律。研究結果表明，隨著Sn含量的增加，Ti-Nb-Mo-Sn合金的主要變形機理由孿晶首先轉變成馬氏體相變，最終轉變成滑移；大量的ω相存在或Sn元素的強化作用提高了該合金的馬氏體相

4、變誘發(fā)應力，進一步改善了其超彈性能。
　　3.系統(tǒng)研究了熱加工工藝對Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的應力誘發(fā)馬氏體相變機制和超彈性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，適量納米尺寸的第二相（α和ω相）顆粒能夠顯著地提高合金的馬氏體相變誘發(fā)應力，進而改善合金的超彈性能；而合金中存在的多重強織構可顯著地抑制馬氏體相變，進而提高其馬氏體相變誘發(fā)應力，但同時強烈阻礙馬氏體逆相變，因此對該合金的超彈性能改善效果不明顯。
　　4.利用回復與再結

5、晶的方法制備出了超細晶β鈦合金，并研究晶粒細化對超彈性能的影響。研究結果表明，馬氏體相變誘發(fā)應力與晶粒尺寸之間的關系符合Hall-Petch公式，其中Hall-Petch斜率κ大約為0.27 MN/m3/2。
　　5.研究了服役條件對Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金超彈性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)塑性變形、加載溫度、加載應變率和循環(huán)加載卸載等加載條件對合金的超彈性能的影響十分顯著；經(jīng)過循環(huán)加載卸載訓練，該合金表現(xiàn)出更為優(yōu)異的超彈性能。