NiTiHfScNb高温形状记忆合金的显微组织与马氏体相变行为

作     者：付长安 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：佟运祥

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：高温形状记忆合金 NiTiHf β-Nb相 马氏体相变 热循环稳定性 

摘      要：NiTiHf基合金由于具有良好的形状记忆效应以及较低的成本而成为了最具研究价值的高温形状记忆合金之一。但是,NiTiHf合金的超弹性较低,冷热加工性能和循环稳定性较差,这些限制了该系列合金的工程应用。本文以热循环性能良好的NiTiHfSc作为基体,在其中加入不同含量Nb元素,以考察Nb含量和热处理工艺对(NiTiHfSc)Nb(x=0,5,10,15)合金的显微组织、马氏体相变行为和力学性能的影响。室温下,固溶态NiTiHfSc合金主要由马氏体基体和ScO相组成,在加入Nb元素后合金形成β-Nb相,β-Nb相与基体形成层片状的共晶组织。透射电镜结果表明,固溶态合金的马氏体变体之间呈现(011)Ⅰ型孪晶关系,而马氏体内部的亚结构为(001)型复合孪晶。550℃时效处理后NiTiHfSc合金内部析出了纺锤状的H相,这些H相弥散分布在马氏体变体内部,少量偏聚在较细的马氏体变体周围。相比于固溶态合金,550℃时效处理后(NiTiHfSc)Nb合金的马氏体形态未发生较大变化,但是H相的含量要远低于未加入Nb时的合金,这可能和β-Nb相有关。固溶态合金的马氏体相变温度随着Nb元素含量的增加而先增加后减少,Nb元素含量为5 at.%时相变温度最高。固溶态合金的相变滞后随Nb元素含量的增加而增大。随着循环次数的增加,固溶态合金的马氏体相变温度有所降低,在加入Nb元素后合金的热循环稳定性变差,相变滞后也随着热循环次数的增加而降低。时效处理对不含Nb的合金的相变温度有提升作用,但对含Nb合金的作用不大。随着时效温度的变化,Nb元素提升合金相变温度的能力减弱,在600℃时效处理后部分相变温度甚至有所下降。时效处理后合金的相变滞后略有降低,降低的程度与热处理工艺有关。随着热循环次数的增加,时效态合金的相变温度有所降低,相变滞后也有所降低,且在加入Nb元素后其降低的幅度增加,这表明Nb元素的加入降低了合金的热循环稳定性。固溶态合金的弹性恢复能力随着Nb元素含量的增加而增加,且其形状记忆恢复能力并未发生较大变化未发生较大变化。时效处理后合金的弹性恢复能力有所提升,而形状记忆恢复能力则略有下降。固溶态合金的显微硬度随着Nb含量的增加而增加,550℃时效处理后合金的显微硬度要略高于固溶态合金,这可能和H相的出现有关。Nb元素含量增加时其显微硬度呈现先增加后减小的趋势,其中550℃时效处理(NiTiHfSc)Nb合金的显微硬度最大。