【摘 要】
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TiNi形状记忆合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和优良的力学性能而广泛应用于生物医学工程、航空航天、土木工程等领域。随着电子产品功能器件朝着微型化和精密化方向发展,对器件在低应力载荷服役条件下的力学性能提出了更高的要求;马氏体TiNi合金因具有弹性模量低且变形驱动力小等优势,尤其适用于作为制备微机电系统精密执行和驱动器件的关键材料。本文主要研究室温下初始物相为马氏体的TiNi合金在压缩力学载荷下
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TiNi形状记忆合金因其独特的形状记忆效应、超弹性和优良的力学性能而广泛应用于生物医学工程、航空航天、土木工程等领域。随着电子产品功能器件朝着微型化和精密化方向发展,对器件在低应力载荷服役条件下的力学性能提出了更高的要求;马氏体TiNi合金因具有弹性模量低且变形驱动力小等优势,尤其适用于作为制备微机电系统精密执行和驱动器件的关键材料。本文主要研究室温下初始物相为马氏体的TiNi合金在压缩力学载荷下的变形行为和显微组织演化规律,以期为设计高性能TiNi合金功能器件和提高器件服役功能稳定性等方面提供理论依据和参考。本研究首先使用非自耗真空熔炼炉制备出名义成分为Ti100-x Nix（x=36.0~50.0）的系列熔铸态马氏体TiNi合金,然后研究了不同成分富Ti含量TiNi合金的压缩力学行为及其应变率效应。研究发现,随Ti含量的升高,高模量Ti2Ni相的体积分数逐渐增大,因而合金在加载过程中应力随应变迅速升高;当Ti和Ni含量接近等原子比时,合金变形过程中会出现两次屈服现象。应变率变化对马氏体TiNi合金的首次加载力学行为影响较小,部分合金第一个应力屈服平台临界应力值出现一定程度增加;但对于非首次加载变形,随着应变率增大,加工硬化效应更显著且合金变形过程中滞弹性效应逐渐消失。本研究还利用透射电子显微镜（TEM）表征了马氏体TiNi合金在不同压缩应变下的显微组织演化。马氏体TiNi合金压缩变形过程可分为三个阶段:（1）马氏体弹性变形和马氏体变体的非弹性自适应过程;（2）马氏体变体的重取向和去孪晶过程;（3）去孪晶马氏体的塑性变形过程。本研究中还首次发现马氏体TiNi合金变形中存在两种模式的卸载应力平台;应力平台出现的主要原因是马氏体变体在卸载过程中出现了重取向的回复过程（逆过程）,即已经发生重取向的马氏体变体在卸载过程中内外应力的共同作用下自发进行了取向回复。本研究还探索了快速凝固织构对马氏体TiNi合金力学行为的影响。结果表明:凝固织构在小变形量下对合金力学性能的影响不大;当变形量超过4%时,织构的存在会引入较大的内应力,提高了马氏体变体发生重取向和去孪晶的临界驱动力;同时合金在不同力学加载方向上的去孪晶过程和塑性变形临界驱动力亦表现出明显差异。
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