● 摘要
摘 要TiNi基记忆合金是记忆合金中应用最早和研究最充分的合金体系，应用十分广泛，至今始终占据统治地位。TiNi基合金管接头因其性能明显优于传统管接头而成为人们研究的热点。本文对不同热处理状态的Ti50Ni47Fe3、Ti50Ni45Nb5和Ti50Ni46Al4三种管接头合金的拉伸力学性能进行了系统的研究。在研究过程中发现，拉伸实验无法全面反映温度变化对力学性能的影响。本文将超声波动态弹性模量测试方法引入到TiNi基记忆合金研究中。利用超声波方法全面测试了升温过程中Ti49Ni51和Ti50Ni47.5Fe2.5两种合金的动态弹性模量，分析了动态弹性模量和相变之间的关系；并将动态弹性模量和静态弹性模量进行对比，探索两者之间差异产生的原因。本文系统对比了不同热处理状态的Ti50Ni47Fe3、Ti50Ni45Nb5和Ti50Ni46Al4三种管接头合金的拉伸力学性能。结果表明：在-55 ℃下，Ti50Ni47Fe3 、Ti50Ni45Nb5和Ti50Ni46Al4三种合金都发生应力诱发马氏体的相变，屈服强度相对较小。800℃和500℃退火的 Ti50Ni46Al4合金的-55 ℃下的屈服强度346MPa和413MPa，明显优于同条件下Ti50Ni47Fe3 和Ti50Ni45Nb5合金的屈服强度。在15 ℃和135 ℃下，三种合金的屈服强度都能满足管接头服役要求。Ti50Ni47Fe3 、Ti50Ni45Nb5和Ti50Ni46Al4合金，-55 ℃、15 ℃和135 ℃三个温度下的拉伸断口平整，断口形貌多为韧窝结构；裂纹走向为放射状，裂纹源多集中在断口边缘区域；部分裂纹源的起裂原因可能与源区碳元素含量过高，形成了TiC第二相脆性粒子有关。超声波动态弹性模量的研究结果表明：轧制态的Ti49Ni51合金相变过程中存在中间R相，R相变和马氏体相变没有完全分离。从-170 ℃到80℃温度范围内升温，Ti49Ni51合金的超声波动态弹性模量在-39℃(奥氏体开始转变温度As 附近)达到最小值，同时变化趋势发生突变，动态弹性模量-温度系数k由负值变为正值。动态弹性模量随温度的变化趋势呈“V”字形。从-170 ℃到80℃温度范围内升温，轧制态Ti50Ni47.5Fe2.5合金在逆马氏体转变时，动态弹性模量-温度系数k由负值变为正值。逆马氏体转变引起动态弹性模量小温度范围内的少量升高。逆马氏体转变未结束时，温度影响因素处于主导，k再次变为负值。动态弹性模量在R相到奥氏体开始转变温度As 处附近达到最小值，同时变化趋势发生第二次突变，k由负值变为正值。动态弹性模量和静态弹性模量随温度的变化趋势不完全一致。TiNi基记忆合金拉伸过程中，当应力诱发马氏体相变，或者马氏体自协作排列时，应变主要来源于马氏体本身的转动位移。此时的静态弹性无法反映弹性模量的本征值。当温度远离Ms点，不发生应力诱发马氏体相变时，静态弹性模量的变化趋势和超声波动态弹性模量的变化趋势一致。关键词：TiNi基记忆合金，超声波，动态弹性模量，力学性能，相变特性
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