高锰Ni-Mn-Ga磁致形状记忆合金的微观结构与马氏体相变

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本文采用差示扫描量热分析、交流磁化率测试、X射线衍射分析和透射电子显微观察,研究了高锰 Ni-Mn-Ga磁致形状记忆合金的马氏体相变行为和铁磁-顺磁转变以及马氏体组织结构,同时系统研究了区域熔炼定向凝固法生长的取向多晶试样的磁感生应变行为并与单晶试样进行对比,最后通过扫描断口形貌的详细观察,研究了高锰Ni-Mn-Ga多晶合金的断裂机制。  研究表明,在富锰的Ni-Mn-Ga合金中,保持Ni含量在50at.%不变,随着Mn含量的升高,马氏体相变及逆相变温度也随之升高,而居里温度呈下降趋势;当Mn含量达到30%时,马氏体相变温度和居里温度基本重合。  Mn含量对Ni-Mn-Ga合金马氏体的组织结构及亚结构有较大的影响,随着Mn含量的增加,合金的马氏体类型由5M(体心正方)→7M(正交)变化;马氏体的亚结构为典型的孪晶,孪晶界面清晰、平直;此外,在Ni50Mn28Ga22合金中还发现了类层错形貌。  采用区域熔炼定向凝固方法制备了具有[110]择优取向的多晶高锰Ni-Mn-Ga合金试样,主要为柱状晶组织。通过优化定向凝固工艺,有效地抑制了分凝效应,定向凝固样品成分均匀,不同部位的相变温度相差小于4K。  测量温度低于马氏体逆相变开始温度时,Ni50Mn28Ga22定向凝固多晶试样的饱和磁感生应变随温度的升高而增大,最大磁感生应变达-350ppm,可完全恢复。定向生长方向是获得大磁感生应变的择优方向,磁场平行于生长方向所测的磁感生应变高于磁场垂直于生长方向所测应变值。定向凝固样品的磁感生应变大于电弧熔炼的多晶样品。  相变动力学计算结果表明,高锰Ni-Mn-Ga合金相变激活能高,热稳定性好;不同温度下时效处理对Ni50Mn28Ga22合金的相变温度无明显影响;经五次冷、热循环后,相变温度也基本保持不变;随着加热/冷却速率的增加,马氏体相变温度略有降低,而马氏体逆相变温度稍有升高,相变滞后增大。  Ni-Mn-Ga合金具有温度记忆效应,经过一次不完整的马氏体逆相变后,第二次加热时吸热峰上出现分峰,分峰的位置和第一次加热终止温度基本重合。  压缩试验结果表明,高锰 Ni-Mn-Ga多晶合金脆性较大,随 Mn含量的增加,压缩强度和破坏应变均显著下降;断口观察发现,合金的断裂方式主要为沿晶断裂,其晶粒结合强度较差,在断口上晶粒表面存在大量的针状微裂纹,局部区域有夹杂和孔洞,导致晶粒结合强度进一步弱化,容易发生沿晶断裂。
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