快速凝固TiNiCu合金條帶的晶化、相變及形狀記憶性能.pdf

1、TiNi基形狀記憶合金由于具有良好的形狀記憶效應(yīng)和超彈性而廣泛用于驅(qū)動(dòng)器和傳感器元件?？焖倌碳夹g(shù)可以細(xì)化晶粒甚至得到非晶組織，結(jié)合熱處理工藝可實(shí)現(xiàn)非晶條帶組織和性能的控制，從而探討該類(lèi)合金組織、相變以及性能的新途徑。近年來(lái)常采用該技術(shù)制備富Cu的TiNiCu三元形狀記憶合金條帶，但主要限于Ti<,50>Ni<,25>Cu<,25>合金，對(duì)富Ti的TiNiCu形狀記憶合金條帶研究甚少。 本文采用單輥甩帶快速凝固工藝制備了富Ti的

2、TiNiCu合金條帶，并對(duì)其鑄態(tài)和退火態(tài)組織進(jìn)行了分析。研究了非晶態(tài)合金的晶化工藝參數(shù)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理；探討了退火處理和熱循環(huán)對(duì)合會(huì)條帶馬氏體相變行為的影響；研究了合金條帶鑄念和退火態(tài)的拉伸斷裂行為，并測(cè)試了合金的形狀記憶性能。 研究表明，鑄態(tài)Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶為完全非晶態(tài)，而鑄態(tài)Ti<,51.7>Ni<,24.5>Cu<,23.8>合金條帶主要為非晶態(tài)，同時(shí)含有少量的微晶B2或B19。B

3、19晶粒多由孿晶馬氏體單變體組成，馬氏體變體有多種形貌，如矛狀、針狀和鉤狀等。隨著退火溫度升高，室溫下Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶組織演變?yōu)锽2→B19→B19+析出物。馬氏體的形貌從納米晶B19變化到孿晶馬氏體B19。450℃退火下形成與基體呈共格關(guān)系的條狀析出物；高于550℃以上溫度退火后形成Ti<,2>(Ni+Cu)析出物；650℃退火態(tài)下高密度晶界相互疊加形成莫爾條紋。Ti<,51.7>Ni<,

4、24.5>Cu<,23.8>合會(huì)條帶在400℃度退火下，鑄態(tài)下的鉤狀馬氏體變體消失，新的馬氏體相在晶界處優(yōu)先形核，局部晶粒內(nèi)部的馬氏體變體自適應(yīng)形成垂直位向關(guān)系。 Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金在10℃/min連續(xù)加熱下晶化溫度為432℃。利用Kissinger方程和Ozawa方程求得的激活能分別為441.5 kJ/mol和453.5kJ/mol，高于Doyle方法計(jì)算的局域激活能。Ti<,53.5>

5、Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金在435～450℃之間的等溫DSC實(shí)驗(yàn)得到的Avrami指數(shù)在2.34～3.92之間，其動(dòng)力學(xué)機(jī)理為擴(kuò)散控制的三維形核和長(zhǎng)大過(guò)程，呈現(xiàn)初晶型晶化行為，與Ti<,50>Ni<,25>Cu<,25>非晶合金的多晶型晶化不同。原位XRD分析表明，隨著退火溫度升高，Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金母相的織構(gòu)從B2-(200)變化到B2-(011)，并保持穩(wěn)定。 隨著退火溫

6、度增加，Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶的馬氏體相變溫度升高，相變熱滯平均值為13.3℃，相變熱小于10J/g。500℃以上溫度退火時(shí)其母相-馬氏體相化學(xué)自由能平衡溫度與退火溫度呈線性增加關(guān)系。Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金熱滯對(duì)保溫時(shí)間(1h～10h)不敏感，其值在13～15℃之間。在0～10次熱循環(huán)下，經(jīng)450℃，10mim熱處理的Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,

7、23.7>合金條帶的相變溫度不發(fā)生明顯變化，相變熱滯穩(wěn)定在15．3℃附近；而經(jīng)450℃，lh處理后相變熱滯穩(wěn)定在21℃附近。熱循環(huán)10次以后，兩種熱處理念的Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶相變溫度和熱滯均趨于穩(wěn)定。鑄態(tài)Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶和Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>條帶的拉伸強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變分別為1068 MPa、3.85﹪和1257 MP

8、a、3.7﹪。其斷口形貌有明顯的脈狀條紋和光滑非晶無(wú)特征區(qū)。經(jīng)熱處理后，條帶的強(qiáng)度下降，斷口形貌體現(xiàn)出等軸晶粒形貌和韌窩特征。Ti<,53.5>Ni<,22.8>Cu<,23.7>合金條帶經(jīng)450℃，1h退火后拉伸斷裂后其組織發(fā)生馬氏體去孿晶行為，馬氏體變體的完整取向被破壞，馬氏體變體之間的界面過(guò)度重疊形成莫爾條紋。 隨著外應(yīng)力增加，經(jīng)過(guò)熱循環(huán)后，馬氏體相變溫度和相變應(yīng)變均增加。相變熱滯明顯大于無(wú)應(yīng)力下DSC曲線確定的數(shù)值。Ti