Constitutive modelling and numerical simulation of multivariant phase transformation in superelastic shape‐memory alloys

This work concerns the micromechanical constitutive modelling, algorithmic implementation and numerical simulation of polycrystalline superelastic alloys under multiaxial loading. The model is formulated in finite deformations and incorporates the effect of texture. The numerical implementation is based on the constrained minimization of the Helmholtz free energy with dissipation. Simulations are conducted for thin tubes of Nitinol under tension–torsion, as well as for a simplified model of a biomedical stent. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

Ti-22Nb-6Zr(at%)合金的超弹性和形状记忆效应

用弯曲法和拉伸法测定Ti-22Nb-6Zr（at％）合金的超弹性和形状记忆效应，研究固溶处理温度对Ti-22Nb-6Zr合金组织结构及性能的影响。结果表明：固溶处理后Ti-22Nb-6Zr合金的室温组织为单一的β相，晶粒尺寸随固溶处理温度升高而增大；合金的静态弹性模量小于30GPa；Ti-22Nb-6Zr合金具有良好的超弹性和一定的形状记忆效应。室温下变形，合金的超弹性和形状记忆效应随固溶处理温度升高而提高。900℃固溶处理后的合金在室温下拉伸变形，应变为5％时，总的最大回复应变达4．12％，其中超弹性回复应变为3．91％，记忆回复应变为0.21％。     

梯度孔隙率与大孔隙尺寸NiTi形状记忆合金的制备及其相变和超弹性行为

利用低温分解型造孔剂与梯级热等静压烧结和常规烧结的匹配工艺成功制备出了梯度孔隙率与大孔隙尺寸多孔NiTi形状记忆合金.多孔合金的孔隙率为30%-61%,孔隙平均尺寸可根据不同预处理工艺在50-500 μm之间变化,且具有较高的开孔率(最高可达85%).所制备的径向梯度孔隙率多孔NiTi合金具有良好的力学性能,线性超弹性应变大于4%;热分析和XRD分析表明,所制备的多孔合金呈现明显的马氏体转变和逆转变特征,相变特征温度随孔隙率的提高而降低.     

Ti-Ni形状记忆合金环超弹阻尼器的阻尼特性研究

应用Ti-Ni形状记忆合金环作耗能元件设计了一种新型的阻尼器,介绍了Ti-Ni合金环的制备及热处理工艺,并测试了其力学性能.分析了加载卸载过程中力-位移曲线与环内应力的关系.当无档板对Ti-Ni合金环进行横向约束时,由于环内的应力没达到应力诱发马氏体相变的临界应力,表现为线弹性,并且回复力非常小.当档板对环施加水平约束,出现滞迟耗能.随着位移的增加,回复力和滞迟环的面积都大幅度增加,滞迟环形状发生变化.小位移时,滞迟环为透镜状,当位移达到一定值时,滞迟环为倒三角形.倒三角形的滞迟环与双折线形滞迟环相比,在振动控制过程中具有更好的阻尼效果.     

热处理对Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金超弹性的影响

研究了不同热处理条件下近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb板材的超弹性行为及变形过程。结果表明:合金在固溶及固溶时效后均具有一定的超弹性行为,而相变点以上固溶后合金具有最佳的超弹性,同时应力诱发的马氏体体积分数最多。而固溶处理后时效析出的ω相和细小的α相却阻碍应力诱发马氏体的形成,导致合金弹性和塑性降低。研究还发现,对合金施加适当的预变形能够提高其超弹性。     

退火时间对冷轧态Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2合金显微组织及其超弹性的影响

用水冷铜模吸铸法制备Ti86.5Nb7.5Mo4Sn2(at%,下同)合金,将合金在室温下进行了冷轧(变形量为80%),然后在973 K,不同保温时间下对合金进行了退火。研究了退火时间对合金显微组织及其超弹性的影响。结果表明,冷轧后得到了晶粒细长的变形组织,该组织在973 K下固溶处理后发生了再结晶,形成了细小的等轴晶粒组织。冷轧后的合金组织主要由β相以及少量的α′′相组成,而固溶后的合金组织主要由β相以及少量的α相和α′′相组成。随着固溶时间延长,合金的晶粒尺寸逐渐增大。固溶处理后的合金在室温下表现出超弹性,其马氏体诱发临界应力σSIM与晶粒尺寸的关系满足Hall-Petch方程。因此,减小合金晶粒尺寸,可有效提高合金的超弹性性能。     

Ni-Mn-Ga-Fe铁磁纤维的马氏体相变和超弹性

通过熔体抽拉法制备直径在40~50μm、长度5~10cm的多晶Ni-Mn-Ga-Fe纤维,并进行步进式有序化热处理。利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜对其微结构进行了表征,利用差示扫描量热仪、磁学性质测量系统和动态机械拉伸仪测试了其相变行为和超弹性性能。结果表明,与制备态纤维相比,热处理后原子有序度显著提高,孪晶界更为平直、清晰,并获得了近完全超弹性,应变恢复率得到明显提高。第四元素Fe是调控马氏体相变温度的主要因素,磁场并未引起相变温度的移位,综合分析阐明了有序化热处理对微结构、超弹性的影响机制以及相变的影响因素。     

Ti-50.8Ni合金的相变、形状记忆和超弹性特性

用热重分析仪、X射线衍射仪、光学显微镜、示差扫描热分析仪和拉伸试验研究了Ti-50.8Ni形状记忆合金的组织、相变、形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)特性。结果表明,Ti-50.8Ni合金在600℃以下退火后组织呈纤维状,在该温度以上退火后组织呈等轴状。加热温度超过600℃后合金氧化加剧。随退火温度Ta升高,合金冷却/加热过程中的相变类型由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型再向A→R/R→A型转变(A—奥氏体,R—R相,M—马氏体),合金的M相变温度升高,R相变温度降低,M相变热滞降低,合金室温特性由SME+SE向SE转变。形变温度Td<20℃时,合金弹簧呈SME+SE,Td>30℃时,合金弹簧呈SE。随Td升高,合金弹簧的应力诱发M应力升高。     

NiTi-W原位复合材料的马氏体相变与性能

为获得高性能NiTi基记忆合金复合材料,通过熔炼、锻造、拔丝等手段获得一种NiTi-W原位复合材料。利用SEM扫描电镜观察材料显微组织;DSC测试材料的马氏体相变行为;利用WDT II-20万能拉伸试验机测试材料的力学性能。SEM分析结果显示,拔丝加工使W纤维直径细化至几微米,甚至亚微米级别,在NiTi基体中沿拔丝方向一致排布。DSC测试结果显示,材料经不同温度退火后展现出复杂的可逆马氏体相变行为,在某些升、降温曲线上出现多个吸放热峰现象。拉伸测试结果显示,600 ℃退火样品经适当的预拉伸变形后,屈服强度会大大增加,由~200 MPa提升到~800 MPa,断裂应力超过1 GPa,断裂应变高达40%,材料展现出优秀的线性超弹性,是一种集高强度、高塑性、高线性超弹性于一身的高性能材料。