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双温循环热处理对CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大及性能的影响

双温循环热处理对CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大及性能的影响

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作者：李赵明合肥工业大学

学位级别：硕士

Cu基形状记忆合金作为一种重要的功能材料,目前已广泛应用于生物医疗、航天航空、机械制造以及土木建筑等领域,但是普通多晶Cu基形状记忆合金存在易发生晶界开裂、疲劳寿命短以及超弹性应变低且残余应变大等问题,为了更好地促进Cu基形... 详细信息

Cu基形状记忆合金作为一种重要的功能材料,目前已广泛应用于生物医疗、航天航空、机械制造以及土木建筑等领域,但是普通多晶Cu基形状记忆合金存在易发生晶界开裂、疲劳寿命短以及超弹性应变低且残余应变大等问题,为了更好地促进Cu基形状记忆合金的发展,需要进一步提高合金的性能。本文以CuAlMnNi形状记忆合金为研究对象,通过循环热处理(cht)工艺研究了CuAlMnNi记忆合金中的晶粒异常长大现象,并初步得到了cht工艺诱导CuAlMnNi记忆合金发生晶粒异常长大的一般规律,进一步研究了晶粒异常长大对于合金性能的影响规律。结果表明:(1)cht工艺中的低温退火时间会影响α相的析出过程,进而影响后续的晶粒异常长大过程,α相体积分数越大,CuAlMnNi记忆合金中越容易发生晶粒异常长大行为,但是当α相体积分数过高时,由于形成的异常晶粒数量增多,不利于获得较大的异常晶粒尺寸;进一步的分析表明析出相α与基体β相由于形成半共格界面而引入了失配位错,不同的α相体积分数导致了基体中位错密度的不同,因而呈现不同的晶粒异常长大结果。(2)cht工艺中的高温退火时间会直接影响晶粒异常长大过程,随着退火时间增长,晶粒异常长大现象越明显,120min时,初次晶粒异常长大过程基本完成。本文中晶粒异常长大过程的驱动力主要由3部分组成:大角度晶界的界面能、亚晶界的界面能以及表面能,其中由于位错重排形成的亚晶界界面能是晶粒异常长大的主导驱动力。(3)只依赖于热处理即可形成晶粒异常长大的主导驱动力,因此cht工艺可以重复诱导发生晶粒异常长大,利用优化的cht工艺对CuAlMnNi记忆合金的微观组织结构进行改造,在多次循环热处理之后获得了超大尺寸晶粒组织。(4)进一步对CuAlMnNi记忆合金的性能研究表明,经过cht工艺改造后的CuAlMnNi记忆合金超弹性和残余应变显著优于普通多晶记忆合金,3次cht后的超弹性应变达到11.7%,而残余应变仅有0.3%,远远高于普通多晶记忆合金的4.8%左右的超弹性和2.5%的残余应变,同时由于无三叉晶界存在,其延伸率(包含超弹性应变)达到42%左右,但是其抗拉强度有一定的降低。

关键词： cht工艺 CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大超弹性残余应变

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