Fe-Ni-Co-Ti和Au-Cu-Al合金的相變與組織調(diào)控.pdf

1、形狀記憶合金中母相狀態(tài)對(duì)馬氏體相變特征，包括馬氏體相變溫度、組織形態(tài)及熱滯的影響，一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。本文分別對(duì)具有優(yōu)良形狀記憶效應(yīng)和潛在的磁控形狀記憶效應(yīng)的Fe-Ni-Co-Ti合金與兼具形狀記憶效應(yīng)和“斯斑效應(yīng)”的Au-Cu-Al合金中存在的相變序列展開(kāi)研究。第一部分分析了Fe-Ni-Co-Ti合金馬氏體形態(tài)控制機(jī)制、沉淀相變及其對(duì)馬氏體相變的影響機(jī)制，并探討了磁控形狀記憶效應(yīng)的可行性；第二部分表征并分析了Au-Cu-A1合金母相

2、的有序轉(zhuǎn)變機(jī)制、Au-Cu-Al合金母相有序狀態(tài)（有序類型、有序程度）對(duì)馬氏體相變的影響機(jī)制。主要獲得以下研究結(jié)果：
　　 第一部分 Fe-Ni-Co-Ti合金的相變與組織調(diào)控
　　 獲得薄片狀孿晶結(jié)構(gòu)馬氏體是優(yōu)化形狀記憶效應(yīng)和開(kāi)發(fā)磁控形狀記憶效應(yīng)的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)4種不同成分Fe-Ni-Co-Ti合金，觀察其在600℃時(shí)效處理下馬氏體形態(tài)的演變規(guī)律，研究馬氏體形態(tài)控制機(jī)制。高的基體強(qiáng)度和低的相變溫度有助于薄片馬氏體的形成

3、，反之則容易形成透鏡狀馬氏體。對(duì)于Fe-Ni-Co-Ti合金，Ni元素含量的提高能有效降低馬氏體相變(Ms)溫度，促使馬氏體形態(tài)由透鏡狀向薄片狀演變。時(shí)效析出沉淀一方面提高M(jìn)s溫度，另一方面，沉淀相又能強(qiáng)化合金的基體。因此，沉淀對(duì)馬氏體形態(tài)的影響是以上兩者的競(jìng)爭(zhēng)，通過(guò)工藝優(yōu)化得到完全孿晶的薄片馬氏體。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)并綜合文獻(xiàn)結(jié)果，給出了得到薄片馬氏體的工藝參數(shù)。
　　 沉淀相狀態(tài)對(duì)Fe-Ni-Co-Ti合金馬氏體相變溫度和形態(tài)的影

4、響十分顯著。本文用電阻法對(duì)Fe-31.88Ni-10.63Co-3.83Ti合金等溫時(shí)效過(guò)程的沉淀相變動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。根據(jù)JMA方程計(jì)算了沉淀相形核長(zhǎng)大過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，得到了沉淀相對(duì)析出量與時(shí)效溫度、時(shí)間的關(guān)系，討論了不同溫度下Fe-Ni-Co-Ti合金沉淀相變機(jī)制。用TEM表征了該合金在600℃時(shí)效時(shí)，沉淀尺寸隨時(shí)效時(shí)間的演化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)沉淀粗化過(guò)程符合經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方程，可描述為：r=[9.53+0.801(t-80)]1/3。表征了

5、Fe-Ni-Co-Ti合金時(shí)效過(guò)程中馬氏體相變溫度(Ms)變化規(guī)律，從沉淀引起的基體成分變化、共格沉淀對(duì)基體的強(qiáng)化作用和相變前后沉淀周圍共格應(yīng)力場(chǎng)的變化三個(gè)方面，討論了沉淀相對(duì)馬氏體相變溫度的影響機(jī)制。
　　 本文還對(duì)Fe-Ni-Co-Ti單晶潛在的磁控形狀記憶效應(yīng)，即磁場(chǎng)誘發(fā)馬氏體孿晶變體重排的可能性進(jìn)行了探索。用光學(xué)式區(qū)域熔融法成功生長(zhǎng)Fe-Ni-Co-Ti單晶，通過(guò)EBSD電子背散射技術(shù)和X射線衍射法標(biāo)定單晶的位向，切割得

6、到軸向平行于[001]p位向的單晶塊體。Fe-Ni-Co-Ti單晶熱處理后獲得孿晶結(jié)構(gòu)馬氏體，在PPMS中測(cè)試單晶合金磁場(chǎng)下的應(yīng)變。在4.2K處，7T磁場(chǎng)下得到最大應(yīng)變量約為0.05％，且應(yīng)變隨磁場(chǎng)降低而回復(fù)。分析認(rèn)為，F(xiàn)e-Ni-Co-Ti單晶磁致應(yīng)變來(lái)自于磁場(chǎng)下磁疇自發(fā)形態(tài)變化誘發(fā)強(qiáng)磁體的體積和長(zhǎng)度發(fā)生改變，而不是磁場(chǎng)誘發(fā)下的馬氏體孿晶變體重排。通過(guò)相關(guān)模型和實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算分析了Fe-Ni-Co-Ti單晶磁場(chǎng)誘發(fā)孿晶變體遷動(dòng)的可能性。

7、分析發(fā)現(xiàn)，7T外磁場(chǎng)對(duì)Fe-Ni-Co-Ti單晶合金馬氏體孿晶界面的驅(qū)動(dòng)剪切應(yīng)力約為τmagm=0.69MPa，遠(yuǎn)小于孿晶界面遷動(dòng)所需臨界應(yīng)力τteq(>15Mpa)，因此，磁場(chǎng)難以實(shí)現(xiàn)馬氏體孿晶的遷動(dòng)，其原因在于孿晶遷移所需臨界應(yīng)力太高。Fe-Ni-Co-Ti合金的沉淀相對(duì)孿晶偏位錯(cuò)的阻礙作用可能是孿晶難以遷移的主要原因之一。
　　 第二部分 Au7Cu5Al4合金的相變與組織調(diào)控
　　 用熱分析、電阻法和內(nèi)耗技術(shù)，結(jié)

8、合原位X射線衍射，對(duì)Au7Cu5Al4合金降溫過(guò)程中A2→B2→L21有序轉(zhuǎn)變進(jìn)行了表征，得到各有序轉(zhuǎn)變的臨界轉(zhuǎn)變溫度，并分析了有序轉(zhuǎn)變的機(jī)制：A2→B2和B2→L21有序轉(zhuǎn)變分別具有一級(jí)相變和二級(jí)相變的特征。表征和分析淬火亞穩(wěn)態(tài)的Au7Cu5Al4合金相變過(guò)程，在升溫過(guò)程中，有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過(guò)程為：A2+部分B2有序結(jié)構(gòu)（淬火態(tài)）→亞穩(wěn)態(tài)DO3有序結(jié)構(gòu)(171.6℃～281.3℃)→A2+B2(L21)有序結(jié)構(gòu)→A2無(wú)序結(jié)構(gòu)(615℃以

9、上)。在200℃時(shí)效時(shí)的有序轉(zhuǎn)變過(guò)程為：A2+部分B2有序結(jié)構(gòu)（淬火態(tài)）→亞穩(wěn)態(tài)的DO3有序結(jié)構(gòu)→穩(wěn)態(tài)的L21有序結(jié)構(gòu)，并用空位擴(kuò)散理論初步分析了有序轉(zhuǎn)變機(jī)制。
　　 表征了Au7Cu5Al4合金母相處于不同有序狀態(tài)下時(shí)馬氏體相變溫度變化規(guī)律，并得到以下結(jié)論：當(dāng)合金母相分別為A2，B2，DO3，L21有序結(jié)構(gòu)時(shí)，其Ms溫度分別為0℃，-15℃，-35℃，20℃，不同的母相有序結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的馬氏體相變溫度差異達(dá)到55℃。通過(guò)原位XRD

10、技術(shù)研究了L21有序程度對(duì)馬氏體相變溫度的影響，隨著其L21有序程度的提高，馬氏體相變溫度逐漸降低。從熱力學(xué)角度分別分析討論了有序類型和有序程度對(duì)馬氏體相變的影響機(jī)制，理論分析結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。
　　 觀察并分析了冷卻速度對(duì)馬氏體形態(tài)的影響。對(duì)比觀察淬火態(tài)（680℃水淬）和緩冷態(tài)的Au7Cu5Al4的馬氏體形態(tài)，發(fā)現(xiàn)前者的馬氏體浮凸層片更為粗大，并且極不均勻。原因是淬火合金內(nèi)部?jī)?chǔ)存了較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致馬氏體相變非均勻形核，促使