形状记忆合金连接质量研究(2)
3.3 焊缝微观组织观察 14
4 TiNi形状记忆合金和304不锈钢电子束焊接接头力学性能测试 19
4.1 力学性能测试 19
4.1.1 接头显微硬度测试 19
4.1.2 接头抗拉强度测试 20
4.2 形状记忆性能测试 21
结 论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 引言
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。从中国古时候的青铜器时代再到铁器时代，新材料的发现都给社会的进步带来了十分重要的影响，所以各国都很重视新材料的研发。而我们也知道，单一的材料往往无法满足工业和日常生活的需求，因此材料的加工制造在生产中有着举足轻重的地位，而连接技术做为最常见的加工技术之一，同样在材料的加工中有着很重要的地位。本文所研究的材料是一种新型功能材料-形状记忆合金，传统的连接技术对于一些先进材料的连接显得心有余而力不足，所以本文采用先进的电子束焊接技术来焊接形状记忆合金。
1.1 形状记忆合金的特性与种类
形状记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性,能感应温度与位移,并能将热能转换为机械能的新型功能材料。相对于普通金属和合金,它具有特殊的形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称为SME)和超弹性（Superelastic，简称为SE）[1]。
目前所发现的形状记忆合金的种类主要有以下几种:TiNi基合金，Cu基合金和Fe基合金。形状记忆合金是-种新兴的智能材料，形状记忆合金在变形过程中材料内部发生的热弹性马氏体相变，因此具有变形记忆的能力。形状记忆合金中具有两种相：高温austenite相，低温martensite相。在不同的热载荷情况下，会有两种不同的性能表征。形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛应用于航空航天、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。在三中常见SMA中Cu基合金因为其低廉的价格，良好的双向记忆性能以及优良的加工性能，使得其在感温、控温原件和驱动原件方面有着很广泛的应用，Fe基合金强度高，塑性好，易于加工制造，记忆性能适中，但是其价格比Cu基合金更低，其力学性能与钢铁可以较好的匹配，制造过程和普通钢铁的制造没有什么不同，可以使用传统的炼钢方法和加工设备进行制造加工，所以在建筑行业、机械加工和化工行业有着很广泛的应用。目前研究的所有记忆合金中，TiNi合金的记忆性能最好，最稳定，研究最全面。本文中也将对TiNi合金进行重点的研究。
1.2 国内外研究与应用现状
1.2.1 航空航天中的应用
1.2.3 生物医学中的应用
1.2.4 日常生活中的应用
1.2.5 其他应用
1.3 国内形状记忆合金连接的主要问题[13]
SMA的物理化学特点很特殊,因此其连接技术也遇到了别的材料没有的问题。SMA对温度和成分都很敏感,高温下易与空气中的氮氢氧等反应,降低了接头的质量; 并且连接过程中元素挥发或扩散也会导致产生第二相从而改变了焊缝成分,不当焊接热输入同样会导致焊缝晶粒粗大,降低接头的力学性能和形状记忆性能。
目前SMA主要应用的焊接方式有：电阻焊、惰性气体保护钨极氩弧焊、激光焊、钎焊、电子束焊、摩擦焊、等离子熔化焊。
1.3.1 熔焊
从实际生产需要出发，熔化焊用得最为广泛，TiNi基形状记忆合金用的最多的熔焊方式有：爆炸焊，等离子弧焊，激光焊，GTA焊等。来自日本的佐藤嘉洋博士采用GTA的焊接方式研究了氮氧对形状记忆合金焊接接头的影响，结果显示，随着氢氧含量的上升，伴随的是焊接接头强度的下降。中国的徐越兰教授采用等离子束流焊焊接了2毫米厚的TiNi形状记忆合金板，产生了垂直于热影响区的焊缝组织，中心呈放射状生长的晶粒度为4—5级的树枝晶。生成Ni3Ti和Ti2Ni 新相降低了接头的强度。YAN Z教授采用爆炸焊对SMA进行了研究，他的团队采用了1毫米厚的Ni49Ti53和Ni48.6Ti51.4板进行搭接。获得了很好的接头质量，爆炸焊带来的巨大冲击速度使得焊缝有着很高的强度。