窄热滞Ti-Ni-Cu-Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为*

贺志荣，王 芳，杜雨青

(1.陕西理工大学 材料科学与工程学院，陕西 汉中 723001 2.陕西理工大学 图书馆，陕西 汉中 723003)

0 引 言

Ti-Ni形状记忆合金(SMA)因其独特的形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)特性广受关注[1]。SME指将合金在母相A(CsCl型结构B2相)状态加工成特定形状，然后冷却至马氏体M(单斜结构B19′相)状态下将其变形，再加热到A状态后合金回复特定形状的现象[2]。SME的机制是热诱发A↔M可逆相变[3]。SE指将合金在A状态下进行远超弹性极限的变形，卸载后合金形状自行恢复的现象。SE的机制是应力诱发A↔M可逆相变[4]。利用SME可制作热敏驱动元器件，利用SE可制作减震、阻尼元器件[5]。二元Ti-Ni SMA在使用过程中尚存在以下问题：(1)Ti、Ni价格贵，在A状态下硬度高，较难加工[6]；(2)相变热滞较宽(约30 ℃)，所制驱动器热响应较慢[7-10]；(3)相变和记忆行为受合金成分和退火、时效等热处理工艺影响较大，精确控制较难[11]。在Ti-Ni合金中添加Cu可减小相变热滞和超弹性应力滞后，降低马氏体相变再取向力和界面摩擦力，降低合金性能对成分的敏感性，提高合金的可加工性，当Cu的添加量超过10%时，Ti-Ni-Cu合金会变脆[12-14]。另外，以Cu代替Ni还可降低合金成本。在Ti-Ni SMA中添加Cr会降低马氏体相变温度，提高应力诱发马氏体临界应力，改善形状回复特性[15-16]。为了开发性能优异的窄热滞Ti-Ni基SMA，拓展Ti-Ni基SMA的应用领域，本研究通过在Ti-Ni二元合金中添加5%Cu和0.3%Cr，得到了Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr(原子分数)多元合金，本文旨在研究退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的相变和形状记忆行为，并探讨形变温度对该合金形状记忆行为的影响规律，为开发热滞窄、相变和形状记忆行为稳定的Ti-Ni基多元SMA提供依据。……