● 摘要
TiNi基形状记忆合金以独特的形状记忆效应和超弹性，作为重要的智能材料已经在航空航天、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。在NiTi二元合金中加入第三元素，对合金的相变点和力学性能都会有很大影响。例如，Fe和Al都会降低NiTi合金的相变点。本文采用第一原理方法研究TiNiAl形状记忆合金的相变和强化机制；系统研究了Ti48Ni50Al2、Ti49Ni49Al2合金不同相区应力-应变曲线及其伪弹性和形状记忆效应。通过第一原理计算，获得TiNi、Ti7Ni8Al、Ti8Ni7Al B2和B19’结构生成焓，并比较同种结构合金生成焓大小，得出Ti7Ni8Al合金无论是在B2还是B19’结构都最稳定，所以Al原子倾向占Ti位；由于Ti7Ni8Al合金的Al-Ni键集居度比Ti8Ni7Al合金的Al-Ti键集居度大，得出合金强化机制；由于Ti8Ni7Al合金两相单原子生成焓差值比Ti7Ni8Al合金大，所以Ti8Ni7Al合金 Ms比Ti7Ni8Al合金高。Ti48Ni50Al2、Ti49Ni49Al2形状记忆合金马氏体相变温度Ms分别为-116℃、-46℃。根据合金不同相区温度，分别做拉伸应力-应变曲线。在室温，合金处在母相状态，当应力加载至预应变为10%后应力卸载时，Ti48Ni50Al2合金为表现伪弹性。随着温度降低，合金处在母相和R相的混相或纯R相状态，应力-应变曲线上有明显的应力诱发马氏体的屈服平台产生，合金在应力卸载时显示伪弹性；Ti48Ni50Al2合金处在纯R相时，合金伪弹性增大。当温度降低到Ms点，合金屈服应力最小；当温度降低至合金处于马氏体状态，合金表现形状记忆效应。Ti48Ni50Al2、Ti49Ni49Al2合金形状记忆效应分别为7.8%、6.3%。在Ms点以上变形，合金屈服应力随着测试环境温度的降低而降低；在Ms点变形，合金屈服应力最小；在Ms点以下变形，合金屈服应力随着测试环境温度的降低而升高。Ti48Ni50Al2合金丝材跟合金片材具有相似的相变和力学特性，在Ms点以上变形，合金丝屈服应力随着测试环境温度的降低而降低；在Ms点变形，合金屈服应力最小。合金经过拉拔处理，合金丝马氏体相变温度（Ms）降低，屈服强度增加。在合金丝处于母相状态时，拉伸应力-应变曲线出现应力诱发马氏体屈服平台，应力卸载，合金丝显现伪弹性。合金丝在马氏体状态，形状记忆效应为8.2%。