NiTiv形狀記憶合金在驅(qū)動元件上的應(yīng)用性研究.pdf

1、NiTi形狀記憶合金以其獨特的形狀記憶效應(yīng)和良好的綜合性能,在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),NiTi形狀記憶合金優(yōu)越的性能強烈依賴于其成份、熱處理方式及其雜質(zhì)含量,故對制備和熱處理方式要求非常嚴格,成本相對較高,這已經(jīng)成為制約其進一步發(fā)展應(yīng)用的因素之一。因此,本課題研究了經(jīng)氧化鈣坩堝和石墨坩堝熔煉后,坩堝材質(zhì)對NiTiV形狀記憶合金的成分與性能的影響；中溫時效處理對合金相變點的影響；在不同溫度場下的TiNiV形狀記憶螺旋彈簧的

2、設(shè)計。這些將為該合金的生產(chǎn)運用提供一定的理論依據(jù),具有重要的理論價值與實際意義。
　　 本文采用真空感應(yīng)熔煉的方法,在工業(yè)條件下,分別用CaO坩堝和石墨坩堝,對一定配比的電解鎳、海綿鈦和回爐料進行對比研究。詳細研究了NiTiV形狀記憶合金工業(yè)熔煉后的成分、相變行為、形狀記憶效應(yīng)及超彈性,分析了其性能變化的因為。研究結(jié)果表明:
　　 1、采用石墨坩堝熔煉后合金中雜質(zhì)元素主要是C、O的增加。
　　 2、采用CaO坩堝

3、熔煉后合金中的C含量與石墨坩堝熔煉的相比有所下降,但會使合金增O,同時引入新雜質(zhì)元素Ca,這對NiTiV形狀記憶合金是非常不利。
　　 3、通過拉伸力-變形量曲線的分析表明,采用石墨坩堝制得的合金的超彈性優(yōu)于采用氧化鈣坩堝制得的合金的超彈性。
　　 4、根據(jù)晶體學(xué)表象理論分析及彎曲變形法試驗測得的結(jié)果表明,采用氧化鈣坩堝制得的合金試樣的記憶效應(yīng)要優(yōu)于采用石墨坩堝制得的合金試樣的記憶效應(yīng)。
　　 NiTiV合金在爐

4、內(nèi)溫度為780～880℃下,熱處理爐子里面燜火6小時左右之后進行鍛造,鍛成一根截面40mm×40mm的方形棒料；NiTiV合金在爐內(nèi)溫度為780～880℃下,熱處理爐子里面燜火6小時左右之后進行熱軋,熱軋成一根φ8.5mm圓形棒料；合金熱軋后,產(chǎn)生的大量晶體缺陷會抑制了馬氏體相變形成,合金表現(xiàn)出復(fù)雜的相變行為,相變溫度降低且相變溫度區(qū)間變寬,形狀記憶效應(yīng)下降；合金在凝固過程中O元素有聚集于鑄錠邊緣的趨勢,通過對合金的“拔皮”處理,可以有

5、效的降低合金中O含量。
　　 通過差示掃描量熱(DSC)試驗和金相組織照片的觀察,研究了在一定量的預(yù)變形條件下,中溫時效處理對TiNV形狀記憶合金的DSC曲線以及相變點的影響。研究發(fā)現(xiàn):中溫時效熱處理能顯著提高馬氏體相變溫度,使得相變更容易進行,在460℃時效處理時,相變點As、Af最高。在400℃時效處理條件下,保溫時間越長,Ms、Mf溫度降低越明顯。從DSC曲線中可知,在加熱過程中只產(chǎn)生了B19’相(M)→B2相(P)轉(zhuǎn)變,

6、冷卻過程中也只發(fā)生了B2相(P)→B19’相(M)轉(zhuǎn)變,沒有發(fā)現(xiàn)R相的產(chǎn)生。實驗中記錄下來的不同中溫時效處理溫度、不同保溫時間下的TiNiV形狀記憶合金的各個相變點,為我們確定相應(yīng)生產(chǎn)工藝提供了參考依據(jù)。
　　 通過對450℃和500℃時效處理后的TiNiV合金彈簧的τ-γ曲線的測量,為TiNiV記憶合金彈簧的設(shè)計提供了依據(jù):
　　 1、采用圖解法我們設(shè)計了經(jīng)450℃時效處理后的TiNiV合金彈簧,其工作環(huán)境為:高溫載荷

7、20N,輸出行程δ=10mm,溫差30℃(24℃～55℃)。彈簧設(shè)計尺寸為:d=2.36mm,D=14.16mm,n=19,螺距2.67mm,于此匹配的偏壓彈簧的彈性系數(shù)K=0.91。
　　 2、經(jīng)500℃時效處理后的TiNiV合金彈簧,工作環(huán)境是:高溫載荷20N,輸出行程δ=10mm,溫差40℃(20℃～60℃)。彈簧尺寸為:d=2.6mm,D=15.6mm,n=17,螺距為2.94mm,匹配的偏壓彈簧的彈性系數(shù)K=0.51。