Acta Mater：Zr50Cu50形狀記憶合金在變形過程中的馬氏體顯微組織演變

【引言】

高溫形狀記憶合金（HTSMA）作為一種驅動材料，可以簡化機械零件的操作程序，提高設備的執行效率，已被廣泛應用于航空、航天、機械、能源、電子、生物醫學以及日常生活等領域。與目前常用的TiNi 基合金等材料相比，ZrCu基合金具有較高的馬氏體轉變溫度、優良的高溫鑄造流動性能和非晶形成能力，是一種比較具有潛力的高溫形狀記憶合金。然而，到現在為止研究者們大多偏向于研究提高材料的非晶形成能力和力學性能等方面，對 ZrCu 基合金中的馬氏體組織演變的變形機制研究較少。

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業大學的孟祥龍教授（通訊作者）在Acta Mater. 上發表了題為“Microstructural evolution of martensite during deformation in Zr50Cu50 shape memory alloy”的文章，系統地研究Zr₅₀Cu₅₀形狀記憶合金中形變馬氏體的顯微組織演變和變形機制。作者的研究小組在不同的變形階段觀察到了明顯不同的馬氏體變形機制。在變形開始階段，主要的變形機制呈現為(001)復合孿晶的去孿生化；隨著壓縮變形量的增大，去孿生化的區域擴展，但是并未完全完成去孿生化；在較高的應變水平下，應力誘發1/10局部位錯形成許多納米級的(021)和(201(-))形變孿晶，這被認為是主要的變形機制，因為交叉的(021)和(201(-))形變孿晶所造成的不可回復的應變限制了加熱過程中馬氏體的移動。

【圖文導讀】

圖1. 不同預應變下Zr₅₀Cu₅₀合金的壓縮應力應變曲線以及在隨后的加熱（A_f點以上）過程中的回復曲線

(a) 斷裂應力應變曲線； ? ??(b) 2%的預應變；

(c) 4%的預應變； ? ? ? ? ? ? ? ?(d) 5%的預應變；

(e) 6%的預應變； ? ? ? ? ? ? ? ?(f) 8%的預應變；

說明：圖中紅色線代表加熱后從形狀記憶效應開始的回復應變；帶箭頭的黑線代表卸載后的塑性回復應變。

圖2. 未變形的Zr₅₀Cu₅₀合金中馬氏體的明場像和選取電子衍射花樣

(a) 自協作變體的形態及對應的選取電子衍射花樣；

(b) 變體的亞結構及對應的選取電子衍射花樣；

圖3. 2%的變形度下Zr₅₀Cu₅₀合金中馬氏體的明場像和選取電子衍射花樣

(a,b) 2%的變形度下Zr₅₀Cu₅₀合金中馬氏體的明場像；

(c) 收縮的馬氏體板條的形態；

(d) 圖(b)中馬氏體變體的選取電子衍射花樣，電子束方向//[110]；

(e) 圖(b)中區域A的選取電子衍射花樣，電子束方向//[110]；

圖4. 6%的變形度下Zr₅₀Cu₅₀合金中馬氏體的明場像和選取電子衍射花樣

(a,b) 6%的變形度下Zr₅₀Cu₅₀合金中馬氏體的明場像；

(c) 圖(a)中區域A的選取電子衍射花樣，電子束方向//[010]；

(d) 圖(b)中區域B的選取電子衍射花樣，電子束方向//[110]；

(e) 馬氏體變體的選取電子衍射花樣，電子束方向//[100]；

圖5. 再生的(021) I 型孿晶和殘余的去孿晶化(001)復合孿晶的明場像和選區電子衍射花樣

(a,c) 再生的(021) I 型孿晶和殘余的去孿晶化(001)復合孿晶的明場像；

(b) 細小的馬氏體變體的選取電子衍射花樣，電子束方向//[100]；

圖6. 6%的應變度下(021) I 型孿晶的界面的TEM圖像

(a) 6%的應變度下(021) I 型孿晶的界面的TEM圖像；

(b) 圖(a)中箭頭所指界面的選取電子衍射花樣，電子束方向//[100]；

圖7. 10%的應變度下(021) I 型孿晶的界面的TEM圖像及對應的FFT圖像

(a) 10%的應變度下(021) I 型孿晶的界面的TEM圖像；

(b) 圖(a)對應的FFT圖像；

圖8. 10%的應變度下(021) I 型孿晶界面上的堆垛層錯

(a) 10%的應變度下(021) I 型孿晶界面上的堆垛層錯及對應的FFT EDPs；

(b) 圖(a)對應的FFT圖像；

圖9. HREM圖像展示( 021) I 型形變孿晶終止在晶粒內部，許多顯微孿晶和堆垛層錯聚集在孿晶尖端

圖10. 形成原理示意圖

(a) (021)堆垛層錯的形成原理示意圖；

(b) (021) I 型形變孿晶的形成原理示意圖；

【小結】

本文利用TEM系統地研究了Zr₅₀Cu₅₀形狀記憶合金的變形機理，認為在馬氏體在變形的不同階段存在不同的變形機制。該研究成果對于進一步深入理解形狀記憶合金的變形機理和推動Zr₅₀Cu₅₀基形狀記憶合金的應用具有重要意義。

文獻鏈接：Microstructural evolution of martensite during deformation in Zr₅₀Cu₅₀ shape memory alloy（Acta Mater.，2017, 10.1016/j.actamat. 2017.04.045）

本文由材料人編輯部金屬材料學術組鎖曉靜供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。材料人網尊重所有進行知識傳播的媒體，轉載請聯系tougao@cailiaoren.com

材料測試，數據分析，上測試谷！