NiTi形状记忆合金形变机制的应变率相关性研究.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．18(2013)186201NiTi形状记忆合金形变机制的应变率相关性研究冰刘洪涛)孙光爱2)十王沿东)陈波2)汪小琳2)1)(东北大学，材料各向异性与织构教育部重点实验室，沈阳110819)2)(中国工程物理研究院，中子物理学重点实验室，核物理与化学研究所，绵阳621900)(2013年4,q20日收到；2013年6月4日收到修改稿)利用高速拉伸实验机在宽的应变率范围内(0．001-1200S-I)，研究了NiTi形状记忆合金的宏观力学性能随应变率的变化规律，并借助透射电子显微镜深入研究了微观结构在不同应变率下的演

2、变机制．研究发现：NiTi合金马氏体(B19相)孪晶的解孪晶应力随应变率的升高而近乎线性增大，表明NiTi合金解孪晶应力具有正向应变率相关性．在拉伸应变率为10S一1的样品微观结构中发现了大量的解孪晶区域，而当应变率进一步增大到100S和1200S时，在样品中没有发现解孪晶区域的存在，样品微观组织以孪晶形式存在．该结果表明，NiTi合金的马氏体解孪晶速率应在1o_-100S范围内．在高应变率下(≥10S)均发现了热引发奥氏体相(B2)的存在，表明随应变率的增加，拉伸过程由等温过程逐渐变为绝热过程．此外，在1200S一1的样品差示扫描热量曲线中还发现了一个小肩峰，表明相变

3、过程由一步相变变为两步相变．关键词：NiTi形状记忆合金，高速拉伸，应变率相关性，透射电子显微镜PACS：62．20．，81．40．Jj，68．37．LpDOI：10．7498／aps．62．186201等[4,12]研究了NiTi合金热引发孪晶马氏体的拉伸1引言行为，实验最高应变率为300S_。，研究发现马氏体的解孪晶应力不具有应变率相关性，而在位错增殖NiTi形状记忆合金的机械性能和微观结构随的加工硬化区具有明显的应变率相关性．他们还在应变率的变化规律。在能量吸收系统_lJ、地震防更宽的应变率范围内(3×10-4—3000S_1)进行了护[2】、安全监测_3_等多个

4、领域均具有重要的应用．拉伸实验，结果同样表明在不同应变率下，马氏体其中，NiTi合金的马氏体孪晶解孪晶机制同应变速状态NiTi合金的应力一应变曲线没有发生明显的率的相关性研究，对于形状记忆合金的实际应用以改变【l3114[．Nemat—Nasser等[15116]的研究表明应力及形状记忆效应的内在机理意义重大．NiTi合金因引发马氏体相变所需应力具有应变率相关性，并存其新颖的性能可制造成微米到毫米范围内的微型在某一临界应变率，可显著影响形状记忆合金的形执行器，该执行器的速度主要受三方面因素影响，变机制．即：解孪晶速率、加热速率和冷却速率．而目前变然而，从以上研究可以看出

5、，目前对NiTi合金温速率在精密仪器控制下可达到足够高的水平，因此解孪晶速率成为制约执行速率的主要因素-4JI高应变率下形变机制的认识并不一致．这种认识上NiTi合金的准静态f10_。一1S)拉伸力学行的差异可能仅仅来源于测试手段的不同，而不是真为已被深入研究【5～1，而对于NiTi合金高应变率实的应变率对材料微观结构的影响．众所周知，准动态响应也已有报道．Chen等对NiTi合金动态静态的应变率是通过试样伸长的速率进行控制，从加载过程中通过改变脉冲形状来控制应变率，研究而可保证相对连续的应变率，而上述的动态拉伸实表明在13750S的应变率范围内，马氏体相变验主要是通过

6、霍普金森杆进行的，应变率通过波形所需的临界应力将随着应变率的增大而增加．Liu控制，因此动静态实验测量机制明显不同．此外，霍国家自然科学基金(批准号：91126001，11105128，51001024)和中国工程物理研究院科学技术发展基金(批准号：2010A0103002)资助的课题十通讯作者．E—mail：guangaisun一80@163．com⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．hy．ac．c佗186201。1抖}物理学报AetaPhys．Sin．vo1．62，No,18(2013)186201普金森杆通过

7、波信号计算应力一应变曲线时还进行小圆片，在TAQ200型差示扫描量热仪(DSC)上测了诸多假设，如：1)一维压力假设，不考虑波的散发定拉伸后样品的相变温度，升、降温速率5。C／min，效应；2)忽略导杆与试样间的摩擦力，而摩擦力的温度范围为一100—150。e．使用X’PertPro型x射存在会使得实验测得的应力比材料真实流变应力线衍射仪(XRD)检测拉伸后样品的物相变化，扫高，导致误认为是应变率效应[17]．基于此，通过霍描范围35。一65。，扫描步长0．03。．借助Libra200FE普金森杆测得的动态力学行为应力一应变曲线与准型透射