Ni-Ti-Nb合金低温力学性能及约束行为对其力学性能的影响.pdf

N i- T i- N b 合金低温力学性能及约束行为对其力学性能的影响 郑丽璇1 ，赵翔2 。李宁 ( 1 西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳6 2 1 0 1 0 ；2 中国工程物理研究院电子工程研究所， 四川成都6 2 1 9 0 0 ；3 四川大学制造科学与工程学院，四川成都6 1 0 0 6 5 ) 摘要：分别对在低温下经不同的热处理工艺处理N i4 7T i“N b 。合金的力学性能和约束回复与未约束回复的力学性 能进行测定比较，分析了它们的变化规律。结果表明，合金真空热处理态的力学性能明显优于冷拔状态和一般热 处理态的力学性能；约束回复试样的应力曲线没有明显的屈服平台，其盯远远大于未约束回复试样的屈服强度 盯。，但是它的抗拉强度又小于未约束回复试样的抗拉强度。 关键词：N i钾T i私N b 。合金；约束行为；力学性能 中图分类号：T G l4 6 2 ；T G ll5 5文献标识码：A文章编号：0 2 5 4 - 6 0 5 1 ( 2 0 0 8 ) 0 5 - 0 0 0 9 - 0 3 E f f e ct so flo wt e m p e r a t u r ea n dr e s t r ict io nb e h a v io ro nm e ch a n ica l p r o p e r t ie s o fN iT iN ba llo y s Z H E N GL ix u a n l，Z H A OX ia n 9 2 ，L i N in 9 3 ( 1 C o lle g eo fM a n u f a ct u r in gS cie n cea n dE n g in e e r in g ，S o u t h w e s tU n iv e r s it yo fS cie n cea n dT e ch n o lo g y ， M ia n y a n gS ich u a n6 2 1 0 1 0 ，C h in a ；2 I n s t it u t eo fE le ct r o n icE n g in e e r in g ，C A E P ，C h e n g d uS ich u a n6 2 1 9 0 0 ，C h in a ； 3 C o lle g eo fM a n u f a ct u r in gS cie n cea n dE n g in e e r in g ，S ich u a nU n iv e r s it y ，C h e n g d uS ich u a n61 0 0 6 5 ，C h in a ) A b s t r a ct ：M e ch a n ica lp r o p e r t ie so fN i4 7T i4 4N b 9a llo y su n d e rlo wt e m p e r a t u r ea n dd if f e r e n th e a tt r e a t m e n tco n d it io n sa n d w it hr e s t r ict io nr e co v e r in go rw it h o u tr e s t r ict io nr e co v e r in gw e r eco m p a r a t iv e lym e a s u r e d ，a n dt h er u le so ft h em e ch a n ica l p r o p e n ye v o lv e m e n tw e r ea n a ly z e d T h er e s u lt ss h o wt h a tt h em e ch a n ica lp r o p e r t ie so ft h ea llo y su n d e rv a cu u mh e a tt r e a t - m e n ta r em u chb e t t e rt h a nt h a tu n d e rco ld - d r a w in ga n dco n v e n t io n a lh e a tt r e a t m e n t ；t h es t r e s scu r v e so fa llo y sw it hr e - - s t r ict in gr e co v e rh a v en oo b v io u sy ie ldt e r r a ce ，a n dt h es t r e s s iT o 2o fa llo y sw it hr e s t r ict in gr e co v e risf a rh ig h e rt h a nt h e 矿5 o fa llo y sw it h o u tr e s t r ict in gr e co v e r ，b u tt h es t r e s s 盯bt h a to fa llo y sw it hr e s t r ict in gr e co v e rw a slo w e rt h a nt h et h a to fa l lo y sw it h o u tr e s t r ict in gr e co v e r K e yw o r d s ：N i4 7 T i“N b 9a llo y ；r e s t r ict io nb e h a v io r ；m e ch a n ica lp r o p e r t ie s 材料力学性能研究主要是研究材料在负载过程中 1 试验材料与方法 的变形和断裂的规律。评价材料的力学性能指标 试验材料为N i盯T i* N b ，( a t ) 合金，采用真空感 有屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率等，这些 应熔炼工艺制备，再经热锻、热轧、冷拔成直径4 , 1m m 力学性能指标既是材料的工程应用、构件设计和科学 的丝材，试样长度为1 5 0I n ln 。一般退火工艺：在不锈 研究等方面的计算依据，也是材料的评价和选用以及 钢管中定型为直线，在电阻炉中加热至9 0 0o C 退火1 加工工艺选择的主要依据呤1 。N i- T i- N b 合金的回复温h ，炉冷；真空退火工艺：在石英玻璃管中定型为直线， 度及预处理温度不同，使合金的回复状态也是多样 抽到1 0 。P a 真空后封装，再于9 0 0 退火1h ，炉冷。 的旧J 。因此，对不同回复状态合金的力学性能的研究使用J S M - 5 9 1 0 L V 扫描电镜和I N C AW a v e 能谱分 是必要的。同时，进行不同预处理下的T i N i- N b 合金析仪对试样进行分析。力学性能试验是在改造的 的力学性能的研究对合金的应用具有重要的影响。本C C S - 9 2 型万能拉伸试验机上进行的，拉伸速度为3 文对不同预处理下的T iN i N b 合金的低温力学性能 m m m in ，负荷传感器为5 0k N 。 进行了研究，同时也对约束回复的试样和未约束回复2 试验结果和分析 的试样的力学性能进行了研究。2 1 合金的低温拉伸性能 作者简介：郑丽璇( 1 9 7 3 0 9 一) ，女，辽宁葫芦岛人，硕士，主要 从事功能材料及微传感器覆膜的研究，已发表论文9 篇，其中 E i收录2 篇。联系电话：0 8 1 6 - 6 0 8 9 7 0 3 E - m a il：z h e n g lix u a n 0 9 1 7 y a h o o co r n cn 基金项目：西南科技大学的青年基金项目( 0 6 z x 3 1 2 1 ) 收稿日期：2 0 0 7 一1 2 2 3 分别对冷拔状态、一般热处理和真空热处理的N i T iN b 合金试样在一6 0 进行拉伸试验，测量不同状 态下合金的力学性能参数。测量结果见图1 。 如图1 所示，冷拔状态下试样的吼= 1 3 0 2M P a 、 盯。= 3 7 4M P a 、6 = 1 5 ；真空热处理试样的盯b = 9 1 2M P a 、 盯。= 2 3 1M P a 、6 = 3 6 ；一般热处理试样的I T b = 8 6 8 金属热处理) ) 2 0 0 8 年第3 3 卷第5 期 9 1 1 罡1 乏 R 捌 位移m m 图1 不同热处理状态下的N iT i N b 合金试样在 一6 0 下的应力一位移曲线 F ig 1 S t r e s s d is p la ce m e n t cu r v e so fN i T i- N ba llo yo n d if f e r e n th e a tt r e a t m e n tco n d it io n sa t 一6 0 M P a 、盯。= 2 3 6M P a 、6 = 1 7 ，而且冷拔状态的抗拉强 度、屈服强度明显高于其它两种状态，但其塑性明显低 于其它两种状态；可能是由于冷拔方式，使合金内母相 残余应力增大，提高了应力马氏体屈服强度，同时母相 的位错密度增大、抗拉强度提高、伸长率减少。将一般 退火处理的N i4 7T i私N b 。合金与真空退火的相比，两者 的抗拉强度和屈服强度都相差不多，但是，两者的塑性 却相差一倍。结合一般退火处理与真空退火试样的扫 描电镜及能谱分析图( 见图2 ) 可知，可能是由于一般 退火处理造成N i4 7 T i4 4 N b ，合金中含氧量的增加，导致 基体相大量含氧，同时基体N b 的含量减少，从而降低 了合金的塑性。同时通过这两种热处理方式的 N i4 7 T i“N b 。合金的扫描电镜照片的比较，可以看出真 空热处理的N i盯T i“N b 。合金的B N b 相明显多于一般 热处理的，由于B N b 粒子为软相，其屈服应力比T i N i 合金中的B 1 97 马氏体低，而且1 3 一N b 粒子在合金中分 布均匀、弥散能提高合金的塑性H 引。所以真空热处理 的N i4 7T i甜N b 。合金的屈服强度略低于一般热处理的， 而伸长率远远高于一般热处理的。 图2 不同状态N i4 7 T i“N b ，合金基体的扫描电镜( a ，c) 及能谱图( b ，d ) ( a b ) 一般热处理( C ，d ) 真空热处理 F ig 2 S E Mim a g e s ( a ，c) a n de n e r g y s p e ct r u mim a g e s ( b ，d ) o fN i4 7 T i“N b 9m a t r ix u n d e rd if f e r e n th e a tt r e a t m e n tco n d it io n s ( a ，b ) co n v e n t io n a lh e a tt r e a t m e n t ( c，d ) v a cu u n lh e a tt r e a t m e n t 因此，冷拔状态和非真空热处理后，该合金丝在 2 0 0o C 完全回复后，冷却至室温) ；或进行未约束回复 一6 0 下伸长率为1 5 一1 7 左右，不能满足工程应( 试样在自由状态下加热到1 5 0 完全回复后，冷却 用的要求，而采用真空热处理有效地防止了氧化，伸长至室温) 。然后，分别对两种情况下的试样在室温下 率达到3 6 左右，较为理想。进行力学性能试验，得到图3 所示的应力一位移曲线。 2 2 约束回复与未约束回复合金的力学性能由图3 可知，约束回复试样的抗拉强度、屈服强度 N i4 7 T i“N b 9 合金试样在一6 0 下，预变形1 6 和伸长率分别为cr b = 7 9 1M P a 、矿n 2 = 7 5 3M P a 、8 = 后，进行约束回复( 试样夹持在拉伸试验机上加热到4 6 ；未约束回复试样的抗拉强度、屈服强度和伸长率 1 0金属热处理) ) 2 0 0 8 年第3 3 卷第5 期 分别为1 7 “ b = 8 9 9M P a 、o r 。= 6 2 0M P a 、6 = 4 1 。从图3 中看出，约束回复试样的应力曲线没有明显的屈服平 台，并且其吼：远远大于未约束回复试样的屈服强度 盯。，但是它的抗拉强度又小于未约束回复试样的抗拉 强度；这是由于约束回复造成合金内残余位错很大，内 应力较高，使母相的屈服强度增大，而合金的抗拉强度 却下降。 i i ；|； 一 ； I 位移m m _ ， 一， r = 二；一。 ，一 - f 位移m m 图3N i。T i。N b 9 合金试样约束( a ) 或未约束( b ) 状态下的应力- 位移曲线 F ig 3S t r e s s - d is p la ce m e n tcu r v e so fN i4 7 T i“N b 9a llo y w it hr e s t r ict in gr e co v e r ( a ) a n dw it h o u tr e s t r ict in gr e co v e r ( b ) 3结论 ( 1 ) N i4 7 T i“N b ，合金冷拔态的抗拉强度、屈服强 度明显高于一般热处理和真空热处理这两种状态，但 其塑性明显低于这两种状态。 ( 2 ) 冷拔态和非真空热处理后，该合金丝在 一6 0 下伸长率为1 5 一1 7 左右，不能满足工程应 用的要求，而采用真空热处理有效地防止了氧化，伸长 率达到3 6 左右，较为理想。 ( 3 ) 约束回复试样的应力曲线没有明显的屈服平 台，并且其o r 们远远大于未约束回复试样的屈服强度 o r 。，但是它的抗拉强度又小于未约束回复试样的抗拉 强度。 参考文献： 1 束德林金属力学性能 M 北京：机械工业出版社， 1 9 9 5 2 王从曾材料性能学 M 北京：北京工业大学出版社， 2 0 0 1 3 莫华强T iN iN b 形状记忆合金的性能研究及其作为中温 管接头的优化设计 D 四川大学博士论文，2 0 0 3 ：5 2 4 S e nS ，B a la s u b r a m a n ia mR ，S e t h u r a m a nR E v a lu a t io no f e la s t ica cco m m o d a t io ne n e r g ie s d u r in g s o lid s t a t e p h a s e t r a n s f o r m a t io n sb yt h ef in it ee le m e n tm e t h o d J C o m p u t a - t io n a lM a t e r ia lsS cie n ce ：E ls e v ie rS cie n ceB V ：A m s t e r - d a m ，N e t h e r la n d s ，1 9 9 5 ，3 ( 4 ) ：4 9 8 - 5 0 4 5 M iy a z a k iS ，I s h id aA M icr o s t r u e t u r ea n dm e ch a n ica lp r o p e r - t ie s o fs p u t t e r - d e p o s it e dT i N i a llo yt h inf ilm s J J o u m a l o f E n g in e e r in gM a t e r ia lsa n dT e ch n o lo g y ，T r a n s a ct io n so ft h e A S M E ：A S M E ，F a ir f ie ld ，N J ，U S A ，1 9 9 9 ，1 2 1 ( 1 ) ：2 - 7 I L 扯j 4 L 止| 止J L j I L - - lL J L 摹舢舢舢址L 摹I L L lL 也“J L 舡- 止j L 舢4 L 舢舢j L J L j lL 薹L 取4 L j lL L 4 L 扯j 止j 止舢址城舢址 热处理学会关于发展会员和缴纳2 0 0 8 年度会费的通知 2 0 0 8 年会费缴纳工作正在进行，学会将为已交2