TiNi基形状记忆合金加载速率的影响

　　研宄表明[64]， TiNi基形状记忆合金在动态载荷作用下的力学行为与准静态条件下的情况存在较大差异，因此掌握高加载速率条件下合金的力学响应规律及内在机制对于驱动器的设计和应用具有重要意义。另一方面，TiNi基记忆合金表现出较强的抗涡蚀损伤能力，有望在改善流体机械的性能和使用寿命方面获得一定应用[64]。涡蚀是指由于温度或者压力变化等原因，导致液体中的气泡产生、发展和溃灭，在此过程中，气泡溃灭所形成的高速气流与材料的表面相互作用所引发的腐蚀现象。高速气流的运动速率甚至超过声速。抗涡蚀损伤能力可以通过压痕实验中压入过程所做的功以及不可恢复变形之间的关系定量描述[68]，但是如果要准确地描述高速运动的气流与材料表面之间的相互作用，必须搞清楚动态加载条件下合金的纳米力学行为。
 

　　图 6-32所 示 为 Ti48.«Ni51.35合金在不同加载速率下的载荷-位移曲线[69]。合金的 晶 粒 尺 寸 约 为 50〜 lOOnm,室温下处于超弹性状态。在测试条件下，不同加载速率的载荷-位移曲线均表现出完全的形状恢复。随加载速率增大，压痕的最大深度逐渐减小，而 在 C u 和石英等在加载中不发生相变的材料中，加载速率对压痕最大深度的影响较小。上述压痕最大深度随加载速率的变化主要与加载过程中发生的应力诱发马氏体相变有关，应力诱发马氏体相变放热，导致压头下方的相变区域温度升高。进一步的研宄[7<)]表明，当加载速率为4500pN/s与 30000nN/s时，压头下方相变区域的温度升高分别为 8°C和 47°C。根据克劳修斯-克拉珀龙方程，合金温度升高将导致相变应力增大。加载速率越快，应力诱发马氏体相变越快，从而相变放热越快。这导致相变区域的温度升高较快。对于给定的最大载荷，这意味着加载速率越快，发生应力诱发马氏体相变的体积越小，因此压痕最大深度越小。
 

图 6-33所示为组合加载/卸载速率条件下，Ti48.65Ni5K35合金的载荷-位移曲线[71]，最 大 载 荷 保 持 在 lOOOOnN。组合速率是指加载或卸载过程中，载荷变化速率不是恒定的，可分为两种：一种是加载速率变化，卸载速率恒定，如 图 6-33(a) 中所示的加载速率为20000pN/s+400nN/s，卸 载 速 率 为 400pN/s; 另一种为加载速率恒定，卸载速率变化，如 图 6-33(b；)中 所 示 的 加 载 速 率 为 400|oN/s，卸载速率为 20000hN/S+400hN/So两种情况下，最显著的特征是图6-33(b)中合金的残余应变大于 图 6-33(a)。图 6-34所示为根 据图 6-33中数据分析所得到的耗散能量[71]。可见，加载速率的变化对耗散能量的影响可忽略不计，而卸载速率变化显著影响加载 /卸载过程中的耗散能量。这主要是因为加载过程中存在压痕区域放热和冷却两个过程，而卸载过程中仅存在冷却过程。