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外应力对NiTi合金中共格Ni₄Ti₃沉淀相长大行为影响的相场法模拟

柯常波马骁张新平

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00027

运用相场模型模拟了外加应力对NiTi形状记忆合金中Ni4Ti3沉淀相组织形貌及长大行为的影响。无外加应力作用的时效过程中，4组Ni4Ti3变体均沿着各自对应的(111)B2惯习面从NiTi基体相中析出；而在<111>B2方向施加压应力时，则只有一组Ni4Ti3变体从NiTi基体相中析出，其惯习面法线方向平行于外加应力方向；单轴压应力作用下时效时， Ni4Ti3形核数量明显增加。外加单轴压应力可促进Ni4Ti3变体的形核和长大，但并不改变变体的面积分数、长度、宽度以及长度-宽度比等参数随时效时间变化的趋势；相同时刻，压应力增大使变体长度及宽度均略微增加，但均小于无应力作用下的情形；而相同时刻，变体的面积分数随外加应力的增大而增加。相场模拟结果与实验观察能较好地吻合。

关键词: NiTi形状记忆合金 , Ni₄Ti₃ precipitate , kinetics , phase field approach , applied external stress

NiTi形状记忆合金中共格Ni₄Ti₃沉淀相生长动力学行为的相场法模拟

柯常波马骁张新平

金属学报

采用基于扩散场理论的宏观相场模型对NiTi形状记忆合金中具有菱方结构的共格Ni₄Ti₃相的析出及长大过程进行了模拟研究; 沉淀相的形貌演化通过求解非守恒参量场Ginzburg-Landau控制方程和守恒浓度场Cahn-Hilliard扩散方程获得. 与二维模型相比, 本研究采用了准确的晶体学参数及改进的数学模型, 获得了更为直观及合理的三维盘状变体及二维透镜状变体; Ni₄Ti₃沉淀相的长度、宽度和面积分数随时间的变化分别遵循指数、线性和对数关系; 且其长度与宽度的比值并非恒定值, 在生长初期该比值有较大的增速而随后逐渐减慢, 能很好地解释沉淀相盘状及透镜状形貌特征形成的原因并与相关实验结果吻合.

关键词: NiTi形状记忆合金 , coherent precipitate , growth kinetics , phase field method , morphology evolution

孔隙对NiTi形状记忆合金中B2-R相变影响的相场模拟

柯常波马骁张新平

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2010.00422

建立了适用于含孔隙NiTi合金中B2-R相变的相场模型, 并用该相场模型研究了多孔NiTi合金中B2-R转变的微观组织演化过程以及孔隙率和孔尺寸对R相变体生长动力学行为的影响. 多孔NiTi合金中R相变体以相互协调的方式形成“带状”的三维结构和“鱼骨”状的二维组织, 变体之间形成的孪晶面包括{101}_B2和{001}_B22种, 4组变体相交于<010>_B2; 这些结果与致密NiTi合金B2-R相变过程相同. 多孔NiTi合金中 R相优先在孔周围形核, 且较大的孔周围有较多的变体形核; R相变体的平均尺寸随孔隙率增大而逐渐减小, 随孔径增大而增加; 相对于规则圆孔, 不规则孔隙可导致R相变体尺寸略微减小; 变体的尺寸均匀性则随孔隙率增大而提高, 但对孔径大小和孔形状不敏感; 孔隙数量越多且孔径越小, 则B2-R转变越倾向于产生均匀而细密的R相组织.

关键词: 多孔NiTi形状记忆合金 , B2-R phase transformation , growth kinetics , phase field approach , morphology evolution

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