论文部分内容阅读
TiNi形状记忆合金在航空、航天、生物医学、微机电系统、机器人、汽车等各行业有着广阔的应用前景。然而TiNi焊接接头焊缝金属微观组织成分相比于TiNi合金母材发生明显变化,焊缝金属的形状记忆性能（相转变温度、形状回复率）、力学性能与母材相比都有着明显的差异,限制了NiTi形状记忆合金焊接结构的实际使用价值。本文通过“预置Nb丝+热处理”的复合法改善TiNi激光焊接头焊缝金属的形状记忆性能（相转变温度、形状回复率）、力学性能。首先采用预置不同直径Nb丝激光连接TiNi合金。改变激光功率大小,确定TiNi/Nb/TiNi激光焊接工艺。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、微区X射线衍射、差示扫描量热法等测试方法研究Nb的添加对TiNi/Nb/TiNi激光焊接头微观组织、接头成形机理、形状记忆性能以及力学性能的影响。并选取添加0.10mmNb丝TiNi/Nb/TiNi接头进行不同温度热处理,研究热处理对其微观组织、形状记忆性能以及力学性能的影响。通过这种“添加0.10mmNb丝+600℃热处理”的复合法,得到了与TiNi母材形状记忆性能十分相近且力学性能优良的焊缝金属。相关结论如下:TiNi母材以及不填充Nb丝的TiNi激光焊接头焊缝金属主要为B2相、B19′相。添加Nb丝的TiNi接头焊缝金属主要为B2相、B19′相、NbTi相、Nb相以及（TiNi,Nb）固溶体。TiNi母材以及各接头的马氏体相变过程均为B2→R→B19′,其逆相变过程均为B19′→B2。添加0.10mmNb丝焊缝金属的As=-9.35℃,与TiNi母材As=-8.23℃极为相似,且两者对应的Af点也较为相近。焊缝金属相转变温度的改变主要与Nb元素添加改变焊缝金属TiNi基体中Ni/Ti原子比,以及NbTi相生成、Nb原子固溶于TiNi基体引起焊缝应力场变化有关。添加0.10mmNb丝焊缝金属与TiNi母材较为相似,选取此接头进行热处理。随着焊缝金属中Nb元素含量增加,焊缝金属显微硬度也随之增加。添加Nb丝接头的抗拉强度以及延伸率均高于不填充Nb丝接头,各接头均为准解理断裂。添加0.10mmNb丝接头抗拉强度以及延伸率分别为743MPa、21%,分别达到TiNi母材的89%和64%。Nb原子固溶于TiNi相,从而提高了接头的强度。热处理后焊缝金属中主要为B2相、NbTi相以及白色析出相（TiNi,Nb）固溶体。热处理过程中部分NbTi相固溶于TiNi基体。600℃热处理后焊缝金属析出少量Ni4Ti3相。600℃热处理后得到与TiNi母材相变温度以及相转变温度区间极为相近的焊缝金属,其相转变温度为:As=-7.08℃,Af=38.67℃,Ms=18.77℃,Af=-51.54℃,As-Ms=-25.85℃。热处理后焊缝金属相转变温度的改变主要与NbTi固溶于TiNi基体、Ni4Ti3相析出以及马氏体相稳定性有关。且其形状回复率达到TiNi母材的90.2%,具有良好的形状回复性。热处理后焊缝金属平均显微硬度高于焊态接头焊缝金属。600℃热处理焊缝金属平均显微硬度与TiNi母材相近,达到254HV0.2。600℃热处理后接头延伸率高于焊态接头,达到25%,且其抗拉强度达到TiNi母材的83%,接头延伸率的提高与焊缝析出Ni4Ti3相有关。