图 6-26所 示 为 冷 轧 Ti5CNi5()合金的最大恢复应力、完全可恢复应变与退火温度 之 间 的 关 系 其 中 最 大 恢 复 应 力 采 用 拉 伸 试 验 测 得 ，完全可恢复应变采用弯曲法测得。700 °C下 退 火 时 间 为 30min，其余 温度下退 火时 间 均 为 〗h。可见，对于 不 同 变 形 量 处 理 的 Ti5CNi5Q合 金 ，均 存 在 一 最 佳 的 退 火 温 度 ，介 于 350〜 400°C。随冷轧变形量增大，合金的最大恢复应力增加，最 大 可 达 1450MPa。而对 于 完 全 可 恢 复 应 变 ，其 随 退 火 温 度 的 变 化 则 较 为 复 杂 。当 对数 变形量介于 0.3〜0.88，随变形量增大，完全可恢复应变减小。这表明，应变强化主导的冷加工变形将损害马氏体相变的可逆性。继续增大变形量，完全恢复应变增加到最大值，约 为 8 % » 此时，冷加工与退火处理相结合，在合金中形成了纳米晶组织。上述结 果意味着剧烈的塑性变形与退火处理相结合，有助于同时提高恢复应力与恢复应变。
图 6-27进一步给出了最大恢复应力、完全可恢复应变与纳米晶粒/亚晶尺寸之间的关系[62],其中亚晶指中等程度冷轧之后，位错亚结构多边形化所获得的组织，纳米晶指剧烈塑性变形后，非晶相晶化和残余晶粒长大所形成的组织[63]。对于最大恢复应力，随纳米晶粒尺寸增大，数值减小;随亚晶尺寸增大，数值先增大之后近似不变。对于完全可恢复应变，不同成分合金表现出相似的变化规律，随纳米晶粒尺寸增大，应变先增大后减小;随亚晶尺寸增大，应变数值持 续增大。这进 一 步 证 明 了 剧 烈 塑 性 变 形 与 退 火 处 理 相 结 合 所 形 成 的 纳 米 晶 组 织 能 够 改 善 TiNi合金的形状记忆特性。对于位错亚结构所形成的亚晶组织，其中所含有的大量位错在强化合金基体的同时也阻碍马氏体界面运动，从而损害形状恢复应变 。图 6-28更清晰地 比较 了再 结晶 、纳 米 亚 晶 与 纳 米 晶 Ti5GNi5()合金的功能特性 间 。
最大恢复应力、完全可恢复应变与退火温度之间的关系
图 6-28具有不同显微组织特征Ti5QNi5Q合金的最大恢复应力与完全可恢复应变的比较其 中 R S 表示再结晶、N S S 表示纳米亚晶、N C S 表示纳米晶。⑷ 为 N S S 结构的透射电子显微像，处理工艺为冷轧 +300 °C退 火 lh，冷轧对数应变量0.3; (b)为 N C S 结构的透射电子显微像，处理工艺对冷乳+40CTC退 火 lh，冷轧对数应变量为1.9 。
D e m e r s等 [13]将 最大 恢复应力随冷乳变形量的变化划分为三个不同的区间, 分别对应上述三种显微组织。热 处 理 工 艺 为 40(TC退 火 lh。当 对 数 应 变 小 于 0.6 时，冷加工所导致的加工硬化可提高合金的最大恢复应力。当对数应变介于0.6〜 1 时，退火后合金中形成纳米亚晶的显微组织和极少量的纳米晶。当对数应变增大到 1.5〜2.0，轧制态合金的显微组织以非晶相和残余的纳米晶粒为主，退火态合金的显微组织主要为纳米晶。
冷加工与退火处理相结合的热机械处理不仅可以改善T i N i基合金的形状恢复特性，而且对记忆效应衰减等疲劳特性有重要影响。形状记忆效应疲劳，又称功能衰减，包括相变温度的改变、记忆效应的衰减、超弹性性能的衰减及阻尼效应的 变 化 本 节 仅 讨 论 记忆效应的 衰 减 。Demers等考察了三种不同情况下热机械处 理 Ti49.74Ni5Q.26合金的形状记忆效应与循环次数的关系，分别是自由恢复、约束恢复与应力协助双程形状记忆效应[65]。热机械处理工艺为：冷轧+400°C退 火 lh。参 考 试 样 的 热 处 理工艺 为 700°C退 火 lh。 图 6 - 2 9给 出 了 不 同 热机械 处 理 Ti49.74Ni5Q.26合金的恢复应变、双程形状记忆应变与循环次数之间的关系[65]。当循环 到 1000次左右时，未经冷轧处理的合金的永久变形与双程形状记忆应变的和已经接近总应变，观察不到明显的恢复应变，因此中断了疲劳性能测试。当对数变形量 为 0.25和 0.75时，合金在测试范围内并未失效。可恢复应变的衰减率与双程形状记忆应变均随冷轧变形量增大而减小，当 对 数 变 形 量 为 0.25时，衰减率约为3 0 % , 当对数变形量增大到2，衰 减 率 下 降 为 3% 。上述变化是以疲劳寿命的下降为代价的。表 6-4给出了热机械处理TU9.74Ni5o.26合金在单次和多次循环测试中获得的形状记忆效应数据 [66]。
图 6-30所示为利用约束恢复技术测得的Ti49.74Ni5().26合金的疲劳曲线[65]。与传 统 材 料 的 曲 线 不 同 ，图 6-30采用失效时对应的恢复应力代替了应力幅值。当冷乳对数变形量自0 增加 到 0.75,疲劳寿命增加;继续增加变形量，疲劳寿命下降。对于特定变形量，恢复应力越髙，相应的加热温度越高，恢复应力的衰减越大 。在应力协助双程形状记忆效应疲劳测试中，若使用可恢复应变替代传统材料中的弹性应变幅值，可’获得典型的应变-控制疲劳曲线。图 6-31所 示 为 Ti49.74Ni5().26 合金中应力协助双程形状记忆效应的疲劳曲线[65]。当冷轧对数变形量小于0.25时，疲劳测试中断是因为合金中过大的永久变形，而不是由于失效。可恢复应变越高，失效循环次数越少，应力协助双程形状记忆效应衰减越大。
总 结 图 6-29、图 6-30与 图 6-31，可以发现热机械处理对TiNi基合金记忆效应衰减的影响可归纳为以下两点：①改善恢复应变与恢复应力及其循环稳定性; ②对疲劳寿命影响有限。当 对 数 变 形 量 小 于 0.25，随变形量增加，疲劳寿命增大; 继续 增 加 变 形 量 至 0.75〜 1，疲劳寿命达到最大值;之后随变形量增加，疲劳寿命急剧下降。上述发现对于形状记忆合金驱动器的设计提供了合金的加工准则，例如，如果驱动要求高恢复应变与恢复应力，则剧烈冷加工变形(对数变形量介于 1.5〜2)是必需的;如果要求高的疲劳寿命，则 冷 轧 变 形 量 需 要 控 制 在 0.75〜1 之间。
剧 烈 冷 乳 变 形 处 理 T iN i合金疲劳寿命下降主要是由冷变形过程中诱发的缺陷所导致[66]。因此，提髙冷乳温度或引入中间退火有望提高疲劳寿命。Kreitcberg 等的研宄证实上述思路是可行的[67], 他们归纳了两条提高Ti49.74Ni5Q.26合金的疲劳特性的方法：①将冷乳对数变形量自1.2减 小 到 0.75;②冷轧(对数变形量 为1)+中间退火+温轧(乳 制 温 度 为 150°C，对 数 变 形 量 为 0.2)。这可归结为如下原因：中间退火和温轧可促进纳米晶/纳米亚晶混合微观组织的形成;可减小乳制缺陷;可在 B 2 母相中形成有利织构。