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目前,许多Ti-Ni为主的形状记忆合金合金得到了广泛的应用,与利用其形状记忆特性相比,更多的是利用其超弹性。在TiNi形状记忆合金中添加第三元素改良后的TiNiX三元形状记忆合金具有优良的线性超弹性和非线性超弹性,用其制成的超弹性元件在工程上已经得到了广泛的应用。在Ti-Ni合金中添加V等第三元素的镍钛系超弹性合金,可以用来满足对零件在零度以下气温下具有超弹性的要求。以往对TiNiV形状记忆合金的研究主要集中在该合金的相变行为、形状记忆效应等方面,但对其超弹性特性的研究还不十分充分,因此在某种程度上限制了该合金的应用推广。
本文系统研究了不同的冷变形量、中温处理和固溶时效处理对TiNiV形状记忆合金丝材超弹性特性的影响。
采用拉伸试验、对试样显微组织的观察,系统研究了冷变形量对TiNiV形状记忆合金丝材超弹性特性的影响。研究结果表明:在较低冷变形量下,TiNiV形状记忆合金丝的弹性随着冷变形量的增加而增加,但当变形量超过26.2%的时候,弹性不再随着变形量的增加而有大幅度上升,反而略有下降;在试样变形量为23.9%时,其表现出较好的超弹性;同时研究还发现通过冷变形会使试样产生一种板条状马氏体变体,当变形量增加到19.6%时,板条状的马氏体不再平直,发生了扭动,变得更加密集,没有方向性。
利用WDW-10微机控制电子式万能拉伸试验机和D/max2500PC全自动X射线衍射仪对中温处理之后的TiNiV形状记忆合金试样的超弹性进行了研究。研究发现试样的弹性受热处理影响显著,在不同的温度下呈现出不同的超弹性曲线。试验研究表明:不同的热处理温度和保温时间对合金超弹性有很大的影响,随着加热温度和保温时间的增加,弹性先增强后减弱;TiNiV形状记忆合金在430℃下保温30min和400℃保温60min均可以呈现出良好的非线性超弹性。在430℃下保温30min后的试样与400℃保温60min后的试样相比,其产生可逆变形时的应力更高。通过XRD研究结果表明,经过热处理的试样会析出强化相Ti3Ni4。通过对热处理后试样金相组织的观察,发现试样在热处理后存在热弹性马氏体。当退火温度进一步增加时,马氏体数量减少,交织的程度降低,母相的强化效应减弱,超弹性效应遭到破坏。
为了更好的配合生产,在提高材料的加工性能的同时提高材料的使用性能,本文采用拉伸试验、DSC试验研究了不同的固溶时效工艺对TiNiV形状记忆合金超弹性的影响程度。试验结果表明,经固溶时效处理的试样在较低的温度(约700℃)下,随着试样保温时间的增长,其弹性慢慢增加;但当时效处理温度过高时,随温度和保温时间的增加试样的弹性不再继续增加。试样在经过800℃保温40min后,再经过中温时效处理(430℃保温30min)可以呈现完全的非线性超弹性。低于和高于该温度的热处理工艺得到的试样都不呈现完全的非线性超弹性。