【摘要】：NiTiNb形狀記憶合金因兼具優(yōu)異的形狀記憶性能和機械性能,廣泛的應用于管接頭等需要連接與密封的場合。連接與密封條件下,應力松弛行為是影響其壽命和使用可靠性的關鍵因素。應力松弛表征方法當前主要采用一維材料拉伸法。采用該方法開展室溫條件下應力松弛研究的時間可長達數年,且僅能對材料宏觀應力松弛行為進行簡單模擬,不適于應力松弛行為的系統(tǒng)研究。針對NiTiNb形狀記憶合金的應力松弛研究,已開展的工作較少,當前僅基于拉伸試驗開展了一些材料級的高溫應力松弛規(guī)律研究,而對反映NiTiNb形狀記憶合金實際使用狀態(tài)的、室溫條件下的應力松弛及其主要影響因素尚無研究工作。本文針對NiTiNb形狀記憶合金的室溫應力松弛表征需求,以當前應用最為廣泛的Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金及其管接頭為研究對象,系統(tǒng)開展了N 47Ti44Nb9形狀記憶合金的室溫應力松弛表征新方法與室溫應力松弛規(guī)律研究。首先,模擬Ni47Ti44Nb9合金的實際使用過程,采用具有控溫及力學測試功能的中子衍射裝置原位開展了回復過程中物相轉變規(guī)律及其與回復應力關系研究,并基于試驗結果與Ni47Ti44Nb9合金相變規(guī)律等對試驗現象進行了深入分析,為深入了解回復應力變化的規(guī)律與機理提供了重要的參考。然后,基于納米壓痕儀建立了 Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金室溫應力松弛快速、經濟的表征方法;采用該方法研究了加載速度、加載載荷等參量對Ni47Ti44Nb9合金室溫應力松弛規(guī)律的影響,并結合位錯移動理論對試驗現象進行了深入分析;設計試驗開展了不同回復溫度對形狀記憶合金產品應力松弛規(guī)律的影響,并對比了其與1Cr18Ni9、ZL204等常見金屬材料的應力松弛風險。本部分研究結果將有助于全面了解NiTiNb形狀記憶合金的室溫應力松弛規(guī)律。最后,基于X射線衍射儀建立了 Ni47Ti44Nb9形狀記憶合金產品室溫應力松弛在線的表征方法;論證了通過表面應力間接表征回復應力的可行性;并研究了不同回復溫度對約束回復管接頭表面應力的影響規(guī)律,測試了經約束回復處理的管接頭室溫條件下5個月內的應力松弛規(guī)律。本部分的研究內容將有助于解形狀記憶合金產品實際使用狀態(tài)下的應力松弛規(guī)律。通過本項目的研究,建立起了 NiTiNb形狀記憶合金室溫應力松弛快速、經濟、無損、原位的表征方法,獲得了 NiTiNb形狀記憶合金典型使用條件下的室溫應力松弛規(guī)律。研究結果將有助于系統(tǒng)開展NiTiNb形狀記憶合金室溫應力松弛研究工作,并指導NiTiNb形狀記憶合金產品的制備過程優(yōu)化和可靠性提升。
【圖文】：

１．１形狀記憶合金概述逡逑形狀記憶材料是一類能夠“記憶”其初始形狀的智能型功能材料，其主要特點是在逡逑某一溫度下受外力作用而變形，去除外力后仍保持其變形后的形狀，但于較高溫度下能逡逑自動恢復到變形前的原有形狀，呈現出對原有形狀保持記憶的功能，這種功能（或特性）逡逑稱為形狀記憶效應（Ｓｈａｐｅ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ｅｆｆｅｃｔ，ＳＭＥ）。逡逑形狀記憶材料是２０世紀７０年代才發(fā)展起來的一類新興功能材料。這類材料包括晶逡逑體和高分子兩類，晶體的形狀記憶效應與馬氏體相變有關，而高分子的形狀記憶合金往逡逑往借助玻璃態(tài)轉變或其他物理條件的激發(fā)實現。逡逑形狀記憶合金（Ｓｈａｐｅ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ａｌｌｏｙ，邋ＳＭＡ）是形狀記憶材料里應用最為成功的一類逡逑晶體材料，它在具有顯著的形狀記憶效應的同時，還兼具良好的機械性能，是集感知與逡逑驅動于一體的智能材料。因其功能獨特，可以制作小巧玲瓏、高度自動化、性能可靠的逡逑元器件而備受矚目，獲得了廣泛應用。逡逑１．１．１形狀記憶合金特性逡逑－

超彈性是指當ＳＭＡ處于較高環(huán)境溫度時，，對其施加應力使其發(fā)生較大變形，當應逡逑力釋放后，ＳＭＡ仍能回到變形前初始形狀的現象。基于超彈性，ＳＭＡ可用在很多需要逡逑大變形和大阻尼的結構中。典型的超彈性如圖１－２所示，通過重物對超彈性ＳＭＡ絲加逡逑載，會使ＳＭＡ絲發(fā)生較大變形，當取下重物后，ＳＭＡ絲會自動回復到加載前的形狀。逡逑若反復重復上述過程，對超彈性狀態(tài)的ＳＭＡ絲反復加載及卸載循環(huán)，稱為超彈性循環(huán)。逡逑彈性循環(huán)下的應力－應變曲線見圖１－３，其應力應變曲線將形成滯回圈，耗散機械加載的逡逑能量，因此ＳＭＡ具有良好的阻尼特性。ＮｉＴｉ基合金的比阻尼可達到１５％－２０％，邋ＣｕＺｎＡＪ逡逑合金的比阻尼高達３０％－８５％，是優(yōu)秀的阻尼材料。逡逑ｍｕ邐＾逡逑Ｍ邋ｉｌ逡逑應變逡逑圖１－２邋ＳＭＡ超彈性彈簧邐圖１－３超彈性循環(huán)下的應力－應變曲線逡逑１．１．２形狀記憶合金發(fā)展歷程逡逑ＳＭＡ從發(fā)明至今，共經歷了形狀記憶效應發(fā)現（２０實際３０－５０年代）、ＮｉＴｉ基合金逡逑發(fā)明并推廣應用（２０世紀６０－７０年代）和全面提高發(fā)展（２０世紀８０年代至今）三個階段。逡逑第一階段，２０世紀３０－５０年代，ＳＭＡ的形狀記憶效應被發(fā)現。１９３２年瑞典化學家逡逑Ｏｌａｎｄｅｒ首次發(fā)現了邋ＡｕＣｄ合金總存在金屬相變
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG139.6

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本文編號：2592216