Fe-Mn-Si形状记忆合金约束态的应力诱发马氏体相变

Fe-Mn-Si记忆合金作为一种集感知、驱动性能与一体的新型功能材料，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。目前，国内外关于Fe-Mn-Si记忆合金相变研究大都集中在非约束状态下，而对更贴合实际使用状态的约束下相变及逆相变研究得很少。因此，本文选择研究Fe-Mn-Si记忆合金约束状态下的γ→ε马氏体相变及逆相变更具理论意义和实用价值。本书拟通过Fe-Mn-Si记忆合金拉伸变形过程中的恒应变停载、预变形合金试样埋入水泥基体加热恢复以及将合金制成螺栓并连接，构建不同的Fe-Mn-Si记忆合金应力诱发γ→ε马氏体相变及逆相变状态，系统研究Fe-Mn-Si记忆合金约束状态下的应力诱发γ→ε马氏体相变及其逆相变。

   前言

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 铁基形状记忆合金的发展概况及分类 3

1.2.1 铁基形状记忆合金的发展概况 3

1.2.2 铁基形状记忆合金的分类 5

1.3 马氏体相变特征及形状记忆效应 6

1.3.1 马氏体相变 6

1.3.2 马氏体相变表面浮突 8

1.3.3 形状记忆效应 9

1.3.4 伪弹性及超弹性 12

1.3.5 形核机制 14

1.4 Fe-Mn-Si形状记忆合金γ→ε马氏体相变机制 18

1.4.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金中马氏体相变驱动力 22

1.4.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金热诱发马氏体和应力诱发马氏体 25

1.4.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应力诱发ε马氏体形态和生长过程 29

1.4.4 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应力诱发马氏体的ε逆相变 30

1.4.5 约束状态下Fe-Mn-Si形状记忆合金的形状记忆机制 32

1.5 影响Fe-Mn-Si形状记忆合金形状记忆效应的因素 34

1.5.1 预变形温度对形状记忆效应的影响 35

1.5.2 预变形量对形状记忆效应的影响 36

1.5.3 试样位向对形状记忆效应的影响 37

1.5.4 合金元素对形状记忆效应的影响 38

1.5.5 ε→α和γ→α相变 40

1.6 提高Fe-Mn-Si形状记忆合金形状记忆效应的方法 41

1.6.1 热机械循环训练 42

1.6.2 热处理工艺 43

1.6.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金母相强化及时效处理 44

1.7 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应用及发展方向 46

1.7.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应用 46

1.7.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金的发展方向 55

1.8 本章小结 56

第2章 材料制备及试验方法 57

2.1 合金的成分设计与冶炼 57

2.2 试样制备与预处理 58

2.2.1 拉伸停载试验的试样制备与预处理 58

2.2.2 水泥基体约束试验的试样制备与预处理 58

2.2.3 防松螺栓试验的试样制备与预处理 59

2.3 拉伸停载试验 61

2.4 防松摩擦力矩的测量 62

2.4.1 应变的采集 62

2.4.2 应变片的选择 64

2.4.3 扭矩扳手测量系统 65

2.5 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的动态防松性能 67

2.6 形状记忆效应的测试方法 68

2.7 应力松弛率的测量 69

2.8 组织结构分析 69

2.9 本章小结 70

第3章 Fe-Mn-Si形状记忆合金不同变形条件下的ε马氏体相变 71

3.1 引言 71

3.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金不同变形条件下拉伸组织的X 射线分析 71

3.2.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金不同变形条件下的拉伸 71

3.2.2 应力诱发马氏体相变中各相的定量分析 73

3.2.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金不同变形条件下的组织分析 76

3.3 变形条件对Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体相变的影响 79

3.3.1 停载时间对应力诱发γ→ε马氏体相变的影响 79

3.3.2 预变形量对应力诱发γ→ε马氏体相变的影响 80

3.3.3 变形条件对应力诱发γ→ε马氏体相变组织形态的影响 81

3.3.4 变形条件对形状记忆恢复率的影响 86

3.4 变形条件对Fe-Mn-Si形状记忆合金应变特性的影响 88

3.4.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应力松弛率 88

3.4.2 变形条件对应力松弛特性的影响 90

3.4.3 热机械循环训练对应力松弛特性的影响 92

3.5 本章小结 94

第4章 Fe-Mn-Si形状记忆合金水泥约束下的应力诱发ε马氏体逆相变 96

4.1 引言 96

4.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体逆相变分析 96

4.2.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金非约束下的应力诱发ε马氏体逆相变 96

4.2.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金约束下的应力诱发ε马氏体逆相变 98

4.3 变形条件对约束态Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体相变的影响 99

4.3.1 恢复温度对约束态Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体相变的影响 99

4.3.2 预变形量对约束态Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体相变的影响 101

4.4 约束态Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体逆相变的显微分析 103

4.5 约束态Fe-Mn-Si形状记忆合金应力诱发ε马氏体逆相变温度Af 提高的原因 105

4.6 本章小结 106

第5章 基于约束恢复的Fe-Mn-Si形状记忆合金防松螺栓研究 108

5.1 引言 108

5.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的防松机理及其防松力矩计算 108

5.2.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金的螺栓防松机理 108

5.2.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓自锁摩擦力矩的计算 111

5.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的防松试验研究 114

5.3.1 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺纹连接预紧力的确定 115

5.3.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺纹连接预紧力矩的施加 115

5.3.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓防松摩擦力矩与预紧力矩关系的验证 117

5.3.4 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的静态防松性能 118

5.3.5 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的动态防松性能 120

5.3.6 Fe-Mn-Si形状记忆合金螺栓的重复使用性能 125

5.4 本章小结 128

参考文献 130