【摘 要】
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NiTi基形状记忆合金（SMA）的超弹性已在航空航天、生物医疗等领域获得重要应用,近年来,空间探测装置（例如火星探测器）等要求Ni Ti基SMA在低温、宽温域（-196℃至+60℃）呈现高超弹应力。为此,本文设计与制备了系列Ni51Ti49-xNbx（x=0,0.5,1,2,3）合金,并通过大变形冷拔及不同温度退火获得不同尺寸纳米晶,探究了Nb元素含量、退火温度对Ni51Ti49-xNbx（x=0
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NiTi基形状记忆合金（SMA）的超弹性已在航空航天、生物医疗等领域获得重要应用,近年来,空间探测装置（例如火星探测器）等要求Ni Ti基SMA在低温、宽温域（-196℃至+60℃）呈现高超弹应力。为此,本文设计与制备了系列Ni51Ti49-xNbx（x=0,0.5,1,2,3）合金,并通过大变形冷拔及不同温度退火获得不同尺寸纳米晶,探究了Nb元素含量、退火温度对Ni51Ti49-xNbx（x=0,0.5,1,2,3）合金微观组织结构、相变特征及超弹特性的影响,获得了在低温、宽温域呈现高超弹应力的最佳Nb含量与最佳退火工艺。本论文的主要研究内容与结果如下。研究了Nb元素含量对纳米晶（经500℃退火处理）Ni51Ti49-xNbx（x=0,0.5,1,2,3）系列合金热致马氏体相变的影响。研究结果表明,Nb元素含量对合金的热致马氏体相变路径有较大影响,当x=0时,纳米晶Ni51Ti49合金在降温过程中发生B2→R→B19’两步相变;当x=0.5时,Ni51Ti48.5Nb0.5合金在降温过程中发生少量B2→R相变;当x=1、2、3时,在降温过程中,纳米晶Ni51Ti49-xNbx系列合金发生B2→R-like转变;并且,随Nb元素含量增加,B2→R-like转变量减少。研究了退火温度对大变形（截面收缩率为81%）冷拔丝Ni51Ti48.5Nb0.5合金的微观组织与超弹应力的影响。研究结果表明,经不同温度（350℃、400℃、450℃、500℃）保温10分钟退火,Ni51Ti48.5Nb0.5合金由纳米尺度（＜60nm）等轴晶组成;随退火温度升高,晶粒长大,当退火温度为350℃、500℃时,平均晶粒尺寸分别为11nm与58nm。同时还发现,随退火温度升高,Ni51Ti48.5Nb0.5合金在不同温度下呈现的超弹应力降低,当退火温度为350℃与500℃时,最高超弹应力分别为1318MPa与1260MPa。此外还发现,时效时间（时效温度为450℃）对Ni51Ti48Nb1合金超弹应力有明显影响,随时效时间增加,超弹应力降低,时效20min时呈现的最高超弹应力为1325MPa,远高于时效480min的最高超弹应力（1148MPa）。最后,研究了在低温宽温域呈现高超弹应力的最佳Nb含量与最佳退火工艺。研究结果表明,经400℃退火10min的Ni51Ti46Nb3合金在拉伸循环过程中呈现超弹性的温域最宽（-196℃至+125℃）,超弹应力最高（最高与平均超弹应力分别为1550MPa及1111MPa）,是文献报道的传统Ni Ti合金超弹应力的2倍以上。
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