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多晶Ni-Mn-Ga合金高温变形行为及组织研究

作　者: 魏陇沙
导　师: 张学习
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 多晶Ni-Mn-Ga合金热压缩热加工图热处理热挤压
分类号: TG146.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文采用真空电弧熔炼法制备多晶Ni-Mn-Ga合金，使用高温压缩方法研究多晶Ni-Mn-Ga合金高温变形行为，使用高温拉伸方法表征多晶Ni-Mn-Ga合金高温塑性变形能力。基于热变形的研究结果，采用变形诱发晶粒长大热处理和热挤压两种热变形方式研究多晶Ni-Mn-Ga合金热变形组织与织构。利用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)分析多晶Ni-Mn-Ga合金高温变形下的组织演化规律，获得多晶Ni-Mn-Ga合金高温压缩变形机制。使用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)分析多晶Ni-Mn-Ga合金高温拉伸变形组织变化。使用X射线衍射(XRD)和EBSD分析多晶Ni-Mn-Ga合金热变形后的织构。多晶Ni-Mn-Ga合金虽然室温下具有本征脆性，但在高温下具有塑性变形能力，在压缩时真应力-真应变曲线表现为随着真应变增加，首先快速出现流变应力峰值，随后进入稳态变形阶段。在高应变速率下，多晶Ni-Mn-Ga合金由于发生宏观失稳，流变应力在真应变0.2左右达到峰值，随后迅速下降。多晶Ni-Mn-Ga合金流变应力会随着应变速率的提高和温度的降低而上升。多晶Ni-Mn-Ga合金在低温下软化机制为动态回复；而在高温低速下为动态再结晶，高温中低速下软化机制为动态回复和动态再结晶。本文利用高温压缩结果建立了多晶Ni-Mn-Ga合金流变应力本构关系和多晶Ni-Mn-Ga合金在温度为600-1000℃，应变速率为0.001/s-1/s范围的热加工图。通过流变应力本构关系可知多晶Ni-Mn-Ga合金变形激活能为321.39kJ/mol。通过对热加工图分析可知，多晶Ni-Mn-Ga合金存在理想的变形区域，温度范围是750~800℃之间以及950~1000℃之间，应变速率在0.03/s~0.3/s之间。同时当应变速率高于0.3/s时，600-1000℃温度范围内均会发生失稳。多晶Ni-Mn-Ga合金高温拉伸时，750℃时表现为脆性断裂，当温度升高时，多晶Ni-Mn-Ga合金具有良好的塑性，延伸率最高可达到101.5%。通过断口分析可知，在750℃时断口为沿晶和穿晶脆性断裂特征。在800℃以上多晶Ni-Mn-Ga合金断口由正断区和许多剪切唇区组成，最后发生切离韧性断裂。通过金相观察表明800℃以上拉伸时，多晶Ni-Mn-Ga合金会明显发生晶粒长大过程，产生少晶组织，晶粒为与拉伸方向一致的拉长晶粒，这表明多晶Ni-Mn-Ga合金高温拉伸时变形机制为晶内位错的滑移和攀移。多晶Ni-Mn-Ga合金经过变形诱发晶粒长大热处理后，可以获得粗晶组织，在保温前变形将促进晶粒长大过程，而保温时施加压力将抑制晶粒长大。同时经过热处理后粗晶合金具有<111>丝织构，<111>方向平行于加压压力方向。多晶Ni-Mn-Ga合金经过热挤压变形后，会发生充分动态再结晶，生成细小的等轴晶粒。随着挤压比的增加，多晶Ni-Mn-Ga合金晶粒择优取向更加明显，织构组分为<111>平行于挤压方向的丝织构。同时多晶Ni-Mn-Ga合金发生马氏体相变时，孪晶会沿着平行于挤压方向排列。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10-12
  1.2 Ni-Mn-Ga 合金的相变与结构  12-15
    1.2.1 液-固转变  13
    1.2.2 无序-有序转变  13
    1.2.3 顺磁-铁磁转变  13-14
    1.2.4 马氏体相变  14-15
  1.3 Ni-Mn-Ga 合金的磁感生应变  15-19
    1.3.1 Ni-Mn-Ga 合金的磁感生应变机理  16-17
    1.3.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金磁感生应变  17-19
  1.4 本文主要研究内容  19-20
第2章试验材料及试验方法  20-24
  2.1 试验材料  20
  2.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金的热处理和热变形  20-21
    2.2.1 多晶 Ni-Mn-Ga 合金变形诱发晶粒长大热处理  20-21
    2.2.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金热挤压变形  21
  2.3 试验方法  21-24
    2.3.1 金相(OM)观察  21-22
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)观察  22
    2.3.3 X 射线衍射(XRD)分析  22
    2.3.4 电子背散射衍射(EBSD)分析  22
    2.3.5 高温压缩试验  22-23
    2.3.6 高温拉伸试验  23-24
第3章多晶 Ni-Mn-Ga 合金的高温变形行为  24-41
  3.1 引言  24
  3.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金高温压缩行为  24-28
    3.2.1 多晶 Ni-Mn-Ga 合金高温压缩曲线  24-27
    3.2.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金低温变形能力  27-28
  3.3 多晶 Ni-Mn-Ga 合金流变应力本构关系  28-32
  3.4 多晶 Ni-Mn-Ga 合金的热加工图  32-37
  3.5 多晶 Ni-Mn-Ga 合金高温拉伸  37-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章多晶 Ni-Mn-Ga 合金的高温变形组织分析  41-55
  4.1 引言  41
  4.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金热压缩组织  41-49
    4.2.1 不同变形区域的热压缩组织  42
    4.2.2 变形温度对热压缩组织的影响  42-45
    4.2.3 应变速率对热压缩组织的影响  45-47
    4.2.4 多晶 Ni-Mn-Ga 合金高温压缩变形机制  47-49
  4.3 多晶 Ni-Mn-Ga 合金高温拉伸组织  49-53
  4.4 本章小结  53-55
第5章多晶 Ni-Mn-Ga 合金热处理与热挤压组织研究  55-68
  5.1 引言  55
  5.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金变形诱发晶粒长大热处理  55-63
    5.2.1 变形诱发晶粒长大热处理后的组织与成分  55-58
    5.2.2 变形诱发晶粒长大热处理后的织构  58-63
  5.3 多晶 Ni-Mn-Ga 合金热挤压  63-67
    5.3.1 多晶 Ni-Mn-Ga 合金热挤压组织  63-66
    5.3.2 多晶 Ni-Mn-Ga 合金热挤压织构  66-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
攻读硕士期间发表的学术论文  75-77
致谢  77

多晶Ni-Mn-Ga合金高温变形行为及组织研究

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