《鈦基形狀記憶合金寬溫域超彈性機理研究》是依託北京航空航天大學，由李岩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈦基形狀記憶合金寬溫域超彈性機理研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李岩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
形狀記憶合金是一種重要的金屬智慧型材料，在航空、航天和生物醫用領域得到了廣泛套用。最近，申請人在研究中發現了鈦基形狀記憶合金中的寬溫域超彈性新現象。本項目擬通過系統研究鈦基形狀記憶合金的微觀結構、應力-應變關係和超彈性功能特性，系統研究合金在變溫過程中的相變行為，研究合金在不同溫度變形時微觀結構（相組成、位錯結構）的變化規律，從而揭示鈦基形狀記憶合金寬溫域超彈性特性及其應力誘發馬氏體臨界應力與溫度反常關係的內在機制。相關研究結果有助於我們深入理解鈦基合金的相變特點，對發展高性能超彈性形狀記憶材料具有重要理論價值。
結題摘要
Ti-Zr基形狀記憶合金是一種新型金屬智慧型材料，在航空航天、生物醫學等領域具有重要套用前景。本項目系統研究了Fe、Ta、Al和Nb等元素對Ti-Zr基合金的微觀組織、相變、力學性能和記憶特性的影響規律，深入揭示了合金寬溫域超彈性行為的內在機制。主要結果如下：Nb在Ti-Zr記憶合金中是β相穩定元素，不同預應變後Ti-30Zr-5Nb合金的逆馬氏體相變溫度幾乎保持恆定。這是由於合金內部的化學自由能遠高於預應變造成的彈性能釋放和耗散能增加，所以不會引起馬氏體穩定化。Fe在Ti-Zr-Nb合金中具有很強的β相穩定效果，β相含量隨Fe含量增加而增大。Ti-19.5Zr-10Nb-0.5Fe合金從室溫加熱到683K時，發生從α″馬氏體相—β相—ω相—α相的系列轉變，到773K時相組成為β相+α相+ω相，最終到873K時發生α相→β母相的逆轉變。退火溫度直接影響Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金的相組成、微觀結構、力學性能和超彈性，而晶粒尺寸和缺陷密度決定了應力誘發馬氏體相變臨界應力及超彈性大小。Ta元素在Ti-20Zr-10Nb合金中作為β相穩定元素，可以抑制ω相的出現。Ti-20Zr-10Nb-4Ta合金預應變後出現了馬氏體穩定化現象，這歸因於低應變時馬氏體變體再取嚮導致的彈性能釋放，以及高應變情況下大量位錯和缺陷導致的耗散能增加。Zr元素在Ti-xZr-Nb-4Ta合金中作為β相穩定化元素存在，使逆馬氏體相變溫度隨Zr元素增加呈現非線性變化下降趨勢。Al元素在Ti-20Zr-10Nb合金中也是β相穩定化元素，顯著提高了馬氏體再取向應力和抗拉強度，退火時間影響合金的晶粒尺寸，進而影響力學性能。在從室溫到123K的範圍內過程中，Ti-19Zr-10Nb-1Fe合金始終具有超彈性特性。如果定義T0溫度被為不受外力條件下的理想凍結溫度，當溫度T＞T0時，應力誘發馬氏體相變臨界應力（σc）與溫度（T）曲線遵循Clausius-Clapyeron關係；當溫度T
