《鎳鈦鈮記憶合金微觀力學行為演化機理的原位衍射研究》是依託東北大學，由劉曉鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎳鈦鈮記憶合金微觀力學行為演化機理的原位衍射研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉曉鵬
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
準確理解和控制材料的功能機理是功能材料部件成功研製和性能最佳化的關鍵。寬滯後NiTiNb記憶合金在典型溫度下及外載入荷作用時，會發生馬氏體相變，而且由於基體中β-Nb軟相粒子的存在，其巨觀力學行為曲線呈現多階特徵。本項目擬利用中子原位衍射和同步輻射高能X射線原位衍射技術，研究典型溫度下合金在各形變階段馬氏體體積分數、變體取向分布及母相/馬氏體相界面、β-Nb粒子/基體界面的微觀應力特徵分布，並輔以微觀力學自洽模擬等方法，獲取形變過程馬氏體相變行為和第二相粒子對微觀應力場演化規律，從理論上闡明NiTiNb記憶合金各階段力學行為特徵與晶體微觀組織量演化關聯性的物理本質，全面揭示合金使役過程中合金內部巨觀及微觀力學行為演化機理，以期為其相關工程部件使用的安全性、可靠性提供準確的預估，並對類NiTiNb記憶合金的材料設計提出可行性建議。
結題摘要
能夠準確理解和控制材料的功能機理是對功能材料部件成功研製和性能最佳化的關鍵，由於NiTi基記憶合金除具有優異的記憶效應、相變超彈性，還具備高阻尼特性、耐磨耐蝕性和生物相容性等，已在航空航天、機械電子、醫學等多領域得到廣泛套用。特別是NiTiNb形狀記憶合金不僅具有傳統記憶合金優異的記憶效應和相變超彈性，而且加工成型性能好。經過適當的變形處理後，相變滯後可高達150℃左右。這個特性使得NiTiNb記憶合金尤其適合用於製成航空用管接頭，成為記憶合金最早最成功的工程套用之一。本研究項目以NiTiNb形狀記憶合金為研究對象，主要利用同步輻射高能X射線衍射和數字圖像相關(Digital Images Correlation, DIC)技術方法對建立原位衍射表征NiTiNb記憶合金微結構形態演化規律和構建與各形變階段相對應的晶體微觀組織量演化規律及機理開展了深入細緻的分析。通過利用原位同步輻射高能X射線衍射方法，我們根據Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金相變過程中應力配分、局部馬氏體相變和β-Nb相存在對形變/相變的影響等幾個方面探究了應力誘發馬氏體的相變特徵。研究結果表明，NiTiNb合金中的馬氏體相變很大程度由類呂德斯帶的形成及擴展所驅動。在NiTi基體中，奧氏體向馬氏體轉變過程中應力隨著類呂德斯帶的擴展而發生顯著變化。相變過程中，隨著類呂德斯帶的前端擴展β-Nb相所承受的應力分數增加到峰值。數字圖像相關技術方法撲捉到原位拉伸過程中NiTiNb合金的高解析度數字圖像，可以清楚的觀察到應力達到馬氏體相變臨界應力後，某些具有特定取向的晶粒區域開始發生形變/相變，出現局部區域應變集中，並呈現出變形帶現象。隨著外載入荷的提高，變形帶則逐漸沿特定取向移動，這進一步證實了NiTiNb合金微觀力學行為在應力平台區域發生突變的是由於形變過程中類呂德斯帶擴展所導致。本研究項目成功建立了原位衍射表征NiTiNb記憶合金微結構形態演化規律的新方法，對於構建形變誘發相變材料的力學行為與晶體微觀組織量演化規律及機理具有普適性。可將此方法運用於全面揭示合金使役過程中合金內部巨觀及微觀力學行為演化機理，為其相關工程部件使用的安全性、可靠性提供準確的預估，並對類NiTiNb記憶合金的材料設計提出可行性建議。
