NiTi合金板材與管材的顯微組織結構及相關力學性能研究.pdf

1、NiTi合金的超彈性及其形狀記憶效應自1962年被發(fā)現(xiàn)以來就在工業(yè)、生物醫(yī)學、軍事等各個方面有著非常廣泛的應用。約90％NiTi合金的應用得益于其’優(yōu)異的超彈性。由于NiTi合金宏觀力學性能與顯微結構之間有著十分密切的聯(lián)系，因此研究NiTi合金體材料的顯微組織結構及力學性能的相關性，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本論文利用透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)中的背散射電子衍射(EBSD)技術、X射線衍射(XR

2、D)和MTS力學實驗機等研究了NiTi合金顯微組織結構及相關力學性能中的一些科學問題。它們包括：(1)NiTi合金板材時效再結晶行為及相關力學性能；(2)拔制無縫NiTi超彈性管材的顯微組織結構及其隨熱機械處理變化的規(guī)律性；(3)NiTi心血管支架拉壓應變下應力誘發(fā)馬氏體相變的原位EBSD研究。 為了研究NiTi合金超彈性的起源問題，本文首先利用TEM研究了不同溫度時效對NiTi合金冷軋板材樣品顯微組織結構的影響。結論如下：(1

3、)對于NiTi冷軋板材樣品中的形變帶，通過對樣品法向(ND)、截面方向(TD)和拔制(RD)三個方向的研究，本文給出了形變帶的分布方式及三維立體結構模型：形變帶為平行片狀分布，寬度約300nm，厚度約100nm左右，晶體學結構為{011}<111>或{112}<111>的之字階梯狀結構。(2)隨著時效溫度的升高，冷軋樣品中的高密度位錯板條(形變帶)開始再結晶，并于550℃時效30min后實現(xiàn)回復加再結晶復合結構?；貜团c再結晶復合結構為許

4、多納米尺度亞晶粒組成的條狀晶粒結構或等軸晶結構。一個高角晶粒中含有十余個角度差為1-3度的亞晶粒。力學性能測試曲線也表明，NiTi合金在該溫度下時效具有最好的超彈性。因此本文認為納米尺度亞晶粒結構的存在及其相關的位錯強應變場是NiTi合金展示優(yōu)異超彈性的重要原因之一。 針對應用日益廣泛的NiTi心血管支架的前期材料——具有超彈性的NiTi合金拔制無縫管材，本文研究了其顯微組織結構及其織構隨熱機械處理發(fā)生的變化的規(guī)律。結果表明：N

5、iTi超彈性管材在軸向的擇優(yōu)取向為(111)，徑向為(121)和(101)兩種擇優(yōu)取向平行間隔分布。并且隨著NiTi管材直徑的減小，軸向和徑向的織構都在逐漸增強，織構方向會發(fā)生微小的轉動。力學性能計算表明其沿軸向的表觀楊氏模量要明顯好于沿徑向的表觀楊氏模量，沿徑向存在的兩種不同織構對其沿徑向的表觀楊氏模量沒有影響。最后，本文利用近十年發(fā)展起來的EBSD技術原位研究了NiTi心血管支架在拉壓應變下的馬氏體相變，結果表明： NiTi心血管支