镍钛形状记忆合金形变/相变机理与应变速率关联性的中子衍射研究

基本信息
批准号:11905193
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:杨钊龙
学科分类:
依托单位:中国工程物理研究院核物理与化学研究所
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
应变率效应原位衍射形状记忆合金镍钛形变/相变机理
结项摘要

Nickel-titanium shape memory alloys (known as nitinols) possess excellent ductility, high strength, good corrosion resistance and biocompatibility, which leads wide applications in crucial areas of military-civil technique. However, as applied to more complex scenes that the materials may suffer high speed deformation or shock loading, such as aeronautical actuators, protection structures in seism, and protective layers of satellites, the use and design of nitinols has to be prudent. Then, the study of deformation/transformation mechanisms of nitinols under high strain rate should guide those applications. Neutron diffraction techniques are powerful tools of that work. Neutron, acts as a bulk probe, could nondestructively penetrate several centimeters of material, and statistically bring out the microstructural information within the block. In this proposal, we focus on the change of transformation and deformation mechanisms in nitinols under different strain rates (mainly from 0.0001 1/s to 10000 1/s). By controlling alloy compositions and production processes, we will obtain nitinols with different crystal structures and initial textures. Then, combining with the strain-frozen technique in shock experiments, we will acquire a series of recovered samples that loaded at various strains and strain rates. By using the high-resolution neutron diffraction, neutron diffraction texture, and in-situ neutron diffraction measurements, we will analyze the effect of strain rate on dislocation density, preferred orientation, and phase volume fraction in nitinols after shock loading or low speed compression. A constitutive model of the nitinols will also be provided in terms of the additive decomposition of the rate of strains. Based on all the above results, the evolution behaviors and physical origins of the main deformation/transformation mechanisms in nitinols, such as slip, twinning, and martensitic transformation, will be systematically investigated as strain rate changes. Our research will helpfully guide the design and application of nitinol shape memory alloys in the future.

镍钛形状记忆合金兼具优异的力学性能和稳定性,已在军民两用关键技术领域得到广泛应用。而高速变形和冲击等新型复杂使役场景的出现,对镍钛合金的设计和使用提出了新的需求。因此,研究镍钛合金高应变速率下的变形机理具有重要的指导意义。中子衍射方法因其具有的无损和深穿透特性,可作为体探针统计性地获得材料变形后的微结构演化信息,进而成为理解镍钛合金高速变形机理的关键。本项目以研究不同应变率下镍钛合金的变形机制为目的,通过控制合金成分和工艺,获得不同相结构和初始织构的试样;结合冻结实验技术,得到一系列不同应变率和应变量的力学加载试样;利用高分辨中子衍射、中子衍射织构和应变测试,分析合金位错密度、晶体取向和相变体积分数随应变速率的变化。综合实验结果并辅以本构模型构建,系统研究应变率变化时镍钛合金的滑移、孪生和相变三类主要变形机制的演化规律及物理原因。本研究可为今后形状记忆合金的设计和应用提供实验和理论依据。

项目摘要

镍钛合金是目前使用最广泛的形状记忆材料。优异的力学性能及出色的生物相容性使镍钛合金具有广泛的应用前景。经过数十年发展,人们已经对镍钛合金独特的力学性质有了较为清晰的认识,即形状记忆效应和超弹性效应源于无扩散的马氏体相变。然而,这些认识是建立在准静态条件下的。在动态条件下,特别是面向高频、高速、冲击等应用场合的出现,镍钛合金的服役有效性值得关注。目前镍钛合金的应变率效应研究多集中在宏观性能上,对材料性能改变的微观机制、模型描述等工作较少。本项目则将常规力学测试与中子衍射技术和本构模型相结合,尝试分析镍钛合金不同应变速率下的微观形变行为,进而基于实验认识构造物理模型解释宏观现象,形成可扩展应用的研究方法。本项目以两种结构的镍钛合金为研究对象,利用霍普金森压杆获取材料的动态力学响应。通过原位的或动态软回收样的中子衍射分析,给出了材料形变的织构演化、物相结构、相变份额、位错密度、晶格应变等微观信息;通过对比变形过程的微结构差异,解释了镍钛合金力学性能受应变速率影响的原因;发展了适用于形状记忆合金体系的宏观唯象模型与微观自洽模型,两种模型均能很好地拟合实验数据,其中宏观模型的物理图像清晰,便于应用,微观模型能够量化微观力学行为,实现形状记忆合金的多尺度性能模拟。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017

杨钊龙的其他基金

相似国自然基金

1

基于多重集束拉拔的镍钛形状记忆合金制备方法与机理

批准号:51605457
批准年份:2016
负责人:李殊霞
学科分类:E0508
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
2

有机纳米改性疏水镍钛形状记忆合金的研究

批准号:51173004
批准年份:2011
负责人:聂琼
学科分类:E0310
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
3

镍钛铌记忆合金微观力学行为演化机理的原位衍射研究

批准号:51001024
批准年份:2010
负责人:刘晓鹏
学科分类:E0107
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

镍钛形状记忆合金生物活性化表面工程的研究

批准号:59971032
批准年份:1999
负责人:杨贤金
学科分类:E0103
资助金额:16.00
项目类别:面上项目