● 摘要
形状记忆合金已成功应用于管路连接系统中，具有质量轻、安全可靠等传统连接件无法比拟的优点。随着科学技术的发展，对管路连接系统所使用的材料性能要求越来越高，为了得到更高性能的形状记忆合金材料，可以通过添加不同的稀土元素的方法来改善TiNiFe(Mo)合金的性能。本论文在Ti50Ni48Fe2、Ti50Ni47.5Fe2.5和Ti50Ni48Fe1Mo1三种记忆合金的基础上，添加不同含量的稀土钕元素（Nd），初步研究了Nd对这三种合金的微观组织、相变特性、力学行为及形状记忆效应的影响。另对TiNiFeMo形状记忆合金的相变特性、不同温度下的力学性能和形状记忆效应进行了研究。 对于Ti50Ni48Fe2和Ti50Ni47.5Fe2.5合金，分别以Nd元素代替该合金中的Ni原子制备的合金为研究对象。研究表明，添加不同含量的Nd的Ti50Ni48-xFe2Ndx和Ti50Ni47.5-xFe2.5Ndx(at.%)合金的微观组织由TiNi基体、Nd3Ni相和Ti2Ni相三部分组成。其中0.01 at.%的Nd元素固溶于NiTi(Fe)基体中，大部分都以第二相Nd3Ni的形式析出。随着Nd元素不断替代合金中的Ni原子，Nd3Ni相和Ti2Ni相不断长大，当Nd元素含量为1.0 at.%时，两相的尺寸均能达到10 μm。Nd的添加没有改变合金的晶体结构即合金在室温下均为体心立方结构，但是母相晶格发生了不同程度的畸变。另外，合金在降温和升温过程中均呈两阶段相变，即奥氏体→R相→马氏体及其逆相变。Nd元素对TiNiFe合金的马氏体相变温度的影响程度比对R相变温度影响程度大。当Nd含量不高于0.1 at.%时，特征相变温度都大大升高了；继续添加Nd后，马氏体相变及其逆相变温度开始逐渐降低，而R相变温度基本保持稳定。 对于锻造态(Ti50Ni48Fe1Mo1)1-xNdx(wt.%)合金其微观组织由TiNi基体、白色Nd3Ni相和黑色氧化相三部分组成。其中白色Nd3Ni相和黑色氧化相非常细小且均匀分布在合金基体中。Nd的添加没有改变其晶体结构。合金的马氏体相变温度随Nd元素的增加而升高。当x小于0.1wt.%时，合金的屈服强度和抗拉强度随Nd元素的增加而不断升高，而且其延伸率也得到了大幅度的提高，其中(Ti50Ni48Fe1Mo1)0.9Nd0.1合金的屈服强度和抗拉强度分别达到了484MPa和700MPa，延伸率也达到了11%。此外，稀土Nd元素的添加对Ti50Ni48Fe1Mo1的形状记忆效应没有产生很大的影响，合金都表现出了较好的形状记忆效应，它们的最大可回复应变均能保持在6.5%左右。 本文还系统研究了大铸锭热处理态TiNiFeMo合金的微观组织、相变特性、变温力学性能和记忆效应。试验结果表明：锻造＋450℃退火处理的合金马氏体相变温度在液氮温度以下；室温下是单一的B2结构奥氏体相；合金在室温的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为474MPa、756MPa和18.6%。随着温度的不断下降，合金的屈服强度开始下降，抗拉强度和延伸率均是先下降后升高。合金在11%的预应变下可达到最大可回复应变，其形状记忆效应为7.83%，形状记忆回复率高达94.5%。