時效處理制備功能梯度鎳鈦合金.pdf

1、近等原子比的鎳鈦合金由于其優(yōu)異的性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，然而在一些實際應(yīng)用中，由于鎳鈦合金呂德斯帶變形行為，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上當(dāng)載荷達(dá)到屈服點之后，應(yīng)力值稍微增加，應(yīng)變就會發(fā)生很不穩(wěn)定的變化，無法通過調(diào)節(jié)應(yīng)力控制材料的應(yīng)變，從而限制了鎳鈦合金在需要精確控制其形變等工程中的功能性應(yīng)用。 本文以直徑1mm的Ti—50.9at.％Ni合金絲材為研究對象，根據(jù)該成分鎳鈦合金在不同溫度下的相變機理和相變行為，通過對固溶處理的絲材在管

2、式爐連續(xù)變化的溫度區(qū)間內(nèi)進行梯度時效處理，然后在室溫條件下淬火，得到的鎳鈦絲材中析出物的含量在長度方向上連續(xù)變化，由于該析出物對該鎳鈦合金的相變以及材料的物理性能有著顯著影響，從而導(dǎo)致絲材處理前后機械行為的改變，產(chǎn)生力學(xué)參數(shù)梯度變化的效應(yīng)。本文將鎳鈦絲材在選定的恒定溫度區(qū)間內(nèi)、相同的時效與淬火參數(shù)下處理，作為梯度時效處理實驗的對比試樣。 經(jīng)過梯度時效處理的鎳鈦合金絲材分段切割，每一部分的時效溫度區(qū)間可以具體確定，利用差示掃描量熱

3、儀(DSC)分析了絲材不同位置的相變行為，通過材料拉伸試驗機記錄了絲材拉伸時的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，并與恒溫時效處理試樣的相變行為和力學(xué)性能進行對比。 DSC結(jié)果表明，梯度時效處理所得試樣上約3mm長一段鎳鈦合金的相變行為，與該位置所對應(yīng)的相近溫度下恒溫時效處理試樣的相變行為如馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度幾乎吻合，因此可以證明鎳鈦絲材在梯度溫度環(huán)境下的時效，導(dǎo)致了析出物在長度方向上的梯度變化。 材料拉伸實驗結(jié)果表明，恒溫時效處理的鎳鈦試

4、樣在拉伸過程中，當(dāng)應(yīng)力增加，形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變開始，材料發(fā)生屈服，應(yīng)變值上下起伏波動，出現(xiàn)呂德斯帶現(xiàn)象。不同時效溫度下的鎳鈦合金絲材具有不同的力學(xué)行為，材料的屈服點、斷裂應(yīng)力和斷裂應(yīng)變值隨著時效溫度的變化而變化，材料測試條件如環(huán)境溫度的改變也會對材料的力學(xué)行為產(chǎn)生影響。梯度時效處理鎳鈦合金絲材的拉伸實驗結(jié)果顯示，材料發(fā)生屈服后，隨著應(yīng)力繼續(xù)增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上并沒有出現(xiàn)呂德斯帶，應(yīng)變與應(yīng)力呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，這是因為在鎳鈦合金絲材在長

5、度方向上，不同位置處的時效溫度不同，導(dǎo)致不同位置處的鎳鈦合金應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生的應(yīng)力值不同，從而產(chǎn)生功能梯度效應(yīng)。梯度時效處理鎳鈦合金絲材在不同的溫度環(huán)境下拉伸過程中，其他拉伸條件和參數(shù)相同時，應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示，隨著拉伸環(huán)境溫度的升高，曲線上形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(力學(xué)梯度效應(yīng)發(fā)生的開始點)會升高。由試樣低溫時效端起截取不同長度的絲材在相同的拉伸條件下實驗，結(jié)果表明，梯度效應(yīng)發(fā)生的開始點應(yīng)力值幾乎相同，梯度效應(yīng)發(fā)生的結(jié)束點會隨著

6、拉伸試樣長度的增加而變化。同樣，從試樣的高溫時效端起所截絲材的拉伸實驗結(jié)果表明，梯度應(yīng)力平臺上標(biāo)志馬氏體轉(zhuǎn)變的開始點和結(jié)束點與恒溫時效處理實驗中相同時效條件下的誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變應(yīng)力值吻合，梯度效應(yīng)變化產(chǎn)生的馬氏體轉(zhuǎn)變應(yīng)力-應(yīng)變曲線平臺會隨著拉伸試樣長度的增加而變化。 以上分析結(jié)果表明，通過梯度溫度環(huán)境下時效處理的方法可以成功制備鎳鈦合金功能梯度材料，并且可以通過靈活改變時效溫度區(qū)間和時效時間等參數(shù)得到不同性能的鎳鈦合金梯度材料。這