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TiNi合金是一种重要的功能材料,在航空航天、机械、生物医学领域得到了广泛的应用,其优越的形状记忆和超弹性来源于合金的马氏体相变和R相变,富Ni的TiNi合金由于析出相的产生,热处理制度不同,相变过程较复杂。与TiNi合金相比,TiNiNb合金相变过程比较简单,冷却/加热过程中发生M(→)A相变温度,其突出的特点是相变热滞很宽,Ti44Ni47Nb9合金因其良好的形状记忆效应和机械性能成为良好的管接头材料。
本文借助金相显微镜、示差扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电镜、电子拉伸试验机研究了热处理制度对Ti-50.8at.％Ni合金相变行为和拉伸性能的影响,以及添加Mo、Zr后对Ti44Ni47Nb9合金组织、相变、力学性能和记忆功能产生的影响,在此基础上为进一步提高Ti43.5N.47.0Nb9.Zr0.5合金的强度,研究了Ti43.5Ni47.0Nb9 Zr0.5合金热拉丝和冷拉丝的力学性能和记忆行为。
研究结果表明:Ti-50.8at.%Ni合金经850℃/30min、WQ后,在不同温度下时效呈现不同的相变行为;时效温度不超过450℃,降温时发生A→R→M转变;时效温度升至500℃,降温时相变过程为A→R→M1→M2。升温时M→R转变与M→R转变部分重叠。时效温度升至550℃时只发生M(→)A转变。350℃和500℃范围内时效,Ti-50.8at.%Ni合金在室温下处于马氏体相和奥氏体相和共存状态,550℃时效处于奥氏体状态,由于合金相变温度和室温状态的差异影响了拉伸性能。
X射线衍射分析和扫描电镜分析结果表明,加入0.5at%的Zr代Ti后Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金没有新相生成。合金主要由TiNi基体相和富Nb相组成,添加的Zr元素主要进入了富Nb相中。
Ti43.5Nh7.0Nb9.Zr0.5热拉丝在-70℃～室温的温度范围内变形,-50℃时得到的可恢复应变最大。变形量不超过10%时,增大变形量使可恢复应变迅速提高,预变形10%时的可恢复应变为6.2%;变形量超过10%后,预变形的增加导致合金内部塑性变形大幅度增加,特别是富Nb相的变形抑制了逆相变过程,导致可恢复应变增加不明显。变形量为13%时恢复应变为6.3%,恢复应力达到最大值,为682MPa;继续增大变形量,恢复应力迅速下降。
Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金丝冷拉拔产生强烈的加工硬化,丝材拉拔过程中易断,道次冷拉变形量应控制在10%左右。增加冷拉变形量能够提高Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金丝的可恢复应变,同时相变温度下降。Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金丝冷拉拔变形量达到32.2%时,退火温度需高于600℃才能有相变发生。Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金丝经800℃/25min后分别采用水淬、空冷,炉冷方式冷却,水淬得到的相变温度最高Ms点为-76℃;炉冷时由于富Nb相析出导致相变温度急剧降低,在室温～-160℃范围内无相变发生。合金丝变形温度为-50℃测得的恢复应变最大;750℃/25min、AC处理后,恢复应变和恢复应力在13%处达到最大值,分别是6.8%和523 Mpa。为使冷变形后的Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金丝发生相变,需要提高退火温度,但同时大幅度降低了丝的强度,所以通过冷拉拔提高Ti43.5Ni47.0Nb9Zr0.5合金的记忆功能效果不明显。