【摘 要】
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镍钛基合金具有优良的形状记忆性能、超弹性、耐腐蚀性等优点,是已知形状记忆合金中性能最优、应用最广泛的一类。区别于传统加工方法制造的棒状、丝材、板材等简单形状,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术可高效、个性化成形复杂结构件,是迄今为止研究最多的制备形状记忆合金材料的增材制造技术,对推动智能构件的发展和应用有着重大意义。本文主要研究SLM技术成形Ni-Ti二元合
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镍钛基合金具有优良的形状记忆性能、超弹性、耐腐蚀性等优点,是已知形状记忆合金中性能最优、应用最广泛的一类。区别于传统加工方法制造的棒状、丝材、板材等简单形状,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术可高效、个性化成形复杂结构件,是迄今为止研究最多的制备形状记忆合金材料的增材制造技术,对推动智能构件的发展和应用有着重大意义。本文主要研究SLM技术成形Ni-Ti二元合金及Ni-Ti-Zr三元合金的优化工艺,通过微观组织和性能的表征,揭示SLM成形镍钛基形状记忆合金中微观缺陷、组织、相变行为和机械性能的演变规律,探索热等静压解决SLM成形Ni-Ti-Zr三元合金开裂的方法。可为拓宽镍钛合金在高温条件下的应用,实现SLM成形高性能镍钛基形状记忆合金提供理论参考和数据支撑。具体研究内容与结论如下:（1）SLM成形Ni-Ti二元合金的工艺研究。通过低激光功率和高激光功率两组试样,对比分析激光体能量密度对合金组织和性能的影响规律,得到SLM成形Ni-Ti二元合金的最佳工艺参数组合,成形的试样致密度最大可达99.91%。Ti2Ni相的析出使样品的相变温度、硬度和强度提升,但却导致塑性降低,最终试样常温下拉伸断口形态表现为混合断裂,完全可逆的变形低于3%。（2）SLM成形Ni-Ti-Zr三元合金的工艺研究。研究不同激光能量密度和预热温度下合金的微观组织、相组成、相变行为及力学性能,归纳出成形过程中裂纹缺陷的特征和形成机理。三元合金的相组成较为丰富,室温组织主要为奥氏体、平行板条状和矛头状的马氏体。晶内析出较细小的λ1相和（Ti,Zr）2Ni相,晶界处Zr元素的富集形成块状Ni Zr相和长条状（Ti,Zr）2Ni相。析出相会引起应力和成分的局部变化,从而影响合金性能。DSC曲线显示Zr的引入能够有效提升相变温度,Ni48Ti44Zr8（at%）合金的峰值温度较Ni50.2Ti49.8（at%）合金平均提升了52.16℃,热滞平均增加了30.99℃。（3）热等静压后处理工艺对SLM成形Ni-Ti-Zr合金缺陷和性能的影响研究。通过对比SLM成形Ni-Ti合金、Ni-Ti-Zr合金以及热等静压处理的SLM成形Ni-Ti-Zr合金三组试样,发现热等静压处理并未改变试样的相组成,能够有效闭合试样内部的裂纹缺陷,促进试样内部元素和组织的均匀化分布,显著提高合金的硬度、拉伸强度和塑性。1050℃、150MPa处理的三元合金试样抗拉强度平均为960.53MPa,断裂延伸率为5.34%,高于Ni-Ti二元合金。然而沉淀物的聚集长大会阻碍晶格畸变,使马氏体相变受到抑制。热等静压后试样较处理前应力诱发马氏体相变的临界应力降低293.24MPa,压缩曲线卸载可回复应变平均降低0.01%,加热后形状回复率平均降低了0.33%。
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