● 摘要
NiTi基形状记忆合金以优异的形状记忆效应和超弹性，已经在航空航天、机械电子、医疗植入和自动控制等领域展现出广阔的应用前景。优异的功能特性和力学性能的结合，已经成为记忆合金进一步拓宽应用领域和满足不断发展的工业技术需求的重要保证。为了进一步提高NiTi基形状记忆合金的力学性能，本文研究了NiTiNb形状记忆合金的微观结构、相变特性和力学性能，讨论了热－机械处理对NiTiNb形状记忆合金性能的影响。研究发现，Nb含量对合金的微观组织有显著的影响。β-Nb相的体积分数随Ni/Ti比值的增加而明显降低；合金的马氏体相变温度随合金基体中的Ni/Ti比值的增加而下降。为了深入研究低Nb在NiTi基合金中对力学性能和微观结构的作用，本研究制备了与Ni47Ti44Nb9典型宽滞后形状记忆合金具有相近相变温度的低Nb含量Ni49.8Ti45.2Nb5合金，并对这两种合金的相变特性、不同温度下的力学性能、宽滞后特性进行了深入系统的比较研究，通过热－机械处理方法制备了高屈服强度的NiTiNb形状记忆合金。实验结果表明，在富Ni的NiTi合金中加入Nb，可显著提高NiTi合金的屈服强度。研究发现，Ni49.8Ti45.2Nb5和Ni50Ti45Nb5合金在室温下的屈服强度均高于600MPa。这主要是NiTi基体中Nb的固溶，即合金的固溶强化的结果。同时合金显微组织中软质点相富Nb相的减少以及马氏体相变温度的下降对屈服强度的提高也有部分贡献。NiTiNb合金在Ms点的屈服强度最低，低于或高于Ms点都会使应力诱发马氏体相变的临界应力增加。研究表明，无论是在合金的相变温度还是在高于相变温度(如Ms＋30℃)，Ni49.8Ti45.2Nb5和Ni47Ti44Nb9合金都表现出了良好的形状记忆效应。总变形量在不超过18%时，合金的应变恢复率可保持在60%以上。预变形温度影响应变恢复率作用不显著。预变形能有效提高形状记忆合金的相变滞后宽度。当变形量在18%时，Ni49.8Ti45.2Nb5合金的相变滞后宽度可达100℃以上。这说明β-Nb相并不是合金获得宽的相变滞后的唯一条件，Nb固溶于NiTi基体中从而改变合金马氏体相变动力学特征是NiTiNb合金相变宽滞后的主要原因。热机械处理后的NiTiNb形状记忆合金，基体和共晶组织相间分布，呈条状断续特征。热－机械处理可以提高NiTiNb形状记忆合金的力学性能。综合强度和塑性两方面考虑认为，对于冷变形后的NiTiNb合金，最佳退火温度为500-600℃。再结晶温度以上退火，变形量对合金力学性能的提高不显著。