多晶NiTi合金中應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的原位研究.pdf

1、NiTi形狀記憶合金的超彈性、形狀記憶效應(yīng)、良好的耐腐蝕性和與人體骨骼接近的楊氏模量等優(yōu)異性質(zhì)使它成為生物醫(yī)用、工業(yè)和日常生活等領(lǐng)域的重要材料。NiTi合金力學(xué)性能的優(yōu)異性是因?yàn)樵谕饨鐟?yīng)力或溫度場(chǎng)作用下材料內(nèi)部發(fā)生的可回復(fù)馬氏體相變。作為具有典型熱彈性馬氏體相變特征的重要材料之一，研究多晶NiTi合金系統(tǒng)在外界應(yīng)力作用下的馬氏體相變行為具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。本文利用先進(jìn)的基于掃描電鏡的背散射電子衍射技術(shù)，對(duì)外力作用下多晶Ni

2、Ti合金中馬氏體相變的晶體學(xué)行為進(jìn)行了原位研究并取得了以下成果： (1)發(fā)展了一系列掃描電鏡中原位拉伸、壓縮和彎曲變形過程中顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能相關(guān)性研究的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這些技術(shù)和裝置可較廣泛的應(yīng)用于塊體材料的彈-塑性轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)特征研究。 (2)用單表面跡線分析法結(jié)合定量的相變晶體學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在外界單軸應(yīng)力作用下單個(gè)晶粒內(nèi)馬氏體變體與外界應(yīng)力的關(guān)系符合Schmid定律。 (3)發(fā)現(xiàn)多晶NiTi合金中相鄰晶粒

3、間的馬氏體形核行為滿足協(xié)作-催化效應(yīng)；闡明了單軸拉伸過程中宏觀非均勻馬氏體相變帶(又稱Luders帶)的形成和傳播的晶體學(xué)機(jī)制。Luders帶與應(yīng)力方向的切變角會(huì)隨樣品局部晶粒取向分布的變化而變化；在單軸拉伸過程中，Luders帶容易在具有較強(qiáng)織構(gòu)的多晶NiTi合金中形成，而在位錯(cuò)密集的冷軋樣品和低溫退火樣品以及壓縮變形的NiTi合金中則不容易形成Luders帶。 (4)結(jié)合NiTi管狀樣品單軸拉伸．壓縮過程中的力學(xué)行為和馬氏體

4、相變晶體學(xué)理論闡明了多晶NiTi合金中馬氏體相變的臨界應(yīng)力、相變應(yīng)變和應(yīng)力滯后在拉-壓應(yīng)力下所表現(xiàn)出的非對(duì)稱行為與材料的晶體取向分布密切相關(guān)；根據(jù)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的Schmid因子和相變應(yīng)變值的分布可以將晶體學(xué)取向空間分別劃分為兩個(gè)區(qū)域。晶體取向分布在同一區(qū)域具有相同的拉．壓非對(duì)稱行為。 (5)NiTi帶狀樣品的純彎曲實(shí)驗(yàn)表明，材料容易在拉應(yīng)力下形核；拉-壓應(yīng)力下的非對(duì)稱馬氏體相變行為使得應(yīng)力為零的中線向受壓應(yīng)力一側(cè)移動(dòng)。EBSD