【摘 要】
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Ni-Mn-Ga合金可通过磁场诱发马氏体变体再取向而获得大的磁感生应变。为了获得最佳的磁感生应变性能,人们对具有五层调制结构（5M）、七层调制结构（7M）和非调制结构（NM）马氏体的合金进行了大量的外场训练以消除不利变体的影响。然而,目前关于马氏体在外场训练中的变体选择和变形机制仍不清晰。为此,本论文基于微观组织与晶体学表征,系统地分析了定向凝固Ni50Mn30Ga20合金中7M马氏体在压应力作用
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Ni-Mn-Ga合金可通过磁场诱发马氏体变体再取向而获得大的磁感生应变。为了获得最佳的磁感生应变性能,人们对具有五层调制结构（5M）、七层调制结构（7M）和非调制结构（NM）马氏体的合金进行了大量的外场训练以消除不利变体的影响。然而,目前关于马氏体在外场训练中的变体选择和变形机制仍不清晰。为此,本论文基于微观组织与晶体学表征,系统地分析了定向凝固Ni50Mn30Ga20合金中7M马氏体在压应力作用下的变形行为与机制,以及温度场—应力场耦合作用下的马氏体相变晶体学,以期为7M马氏体应力场训练和温度场—应力场耦合训练提供理论支撑。主要的研究工作概述如下:（1）利用配备EBSD分析系统的场发射扫描电子显微镜对定向凝固Ni50Mn30Ga20合金中的未变形7M马氏体的微观组织及晶体学特征进行了分析。在测试范围内发现了五个7M马氏体变体团,这些变体团由同一个母相奥氏体晶粒转变而来;每个变体团包含互为孪晶关系的四个7M马氏体变体,四个变体之间存在Ⅰ型,Ⅱ型和复合型三种类型的相变孪晶（TrF-twin）关系。如果沿定向凝固方向（SD）对合金施加一定的压应力,根据变体团中变体的Ⅰ型和Ⅱ型孪晶去孪生系统的施密特因子（SF）将五个变体团分为两类:三个高施密特因子变体团和两个低施密特因子变体团。（2）利用原位中子衍射和EBSD测试表征了压缩过程中微观组织和晶体学取向的演变,并配合晶体学计算进一步研究了变形行为及应变协调机制。在压缩变形前期,高施密特因子团中优先发生Ⅰ型和Ⅱ型相变孪晶去孪生行为,变体团中的有利变体在应力作用下通过消耗不利变体而宽化。在低施密特因子团中,外加压应力诱发了 Ⅰ型和Ⅱ型两种变形孪晶（DeF-twin）孪生以及中间马氏体相变,形成了具有新取向的7M马氏体变体和NM马氏体。高、低施密特因子团中的这些变形行为不仅协调了局部的变形,同时也协调了宏观变形。变形孪晶孪生和中间马氏体相变之间存在的微小变形差异随着压缩变形而积累,在压缩后期导致了局部的应变集中,于是诱发了逆中间马氏体相变以协调合金中的局部变形。单向压缩使测试区域内同一变体团中的四种7M马氏体原始变体被两种7M马氏体新变体和NM马氏体取代。（3）利用原位中子衍射实验研究了定向凝固合金在温度场—应力场耦合作用下马氏体相变的相变晶体学。不施加外应力时,合金中的奥氏体随着温度降低转变为7M马氏体,遵循 Pitsch 取向关系（{1 0 1}A//{1 2 10}7M,<1 0 1>A//<10 10 1>7M）。施加20 MPa压应力时,奥氏体随着温度降低转变为5M马氏体,遵循Pitsch取向关系（{101}A//{1 2 5}5M,<1 0 1>A//<5 5 1>5M）和{2 2 0}A//{125}5M,<2 2 0>A//<5 5 1>5M取向关系。施加50 MPa压应力时,除了转变为5M马氏体,奥氏体还随着温度降低转变为7M马氏体,遵循{2 2 0}A//{1 210}7M,<2 2 0>A//<10 10 1>7M取向关系。相变过程中对合金施加压应力改变了马氏体相变的路径和产物。这种差异是由外加压应力与马氏体相变应变的各向异性之间强烈的协同作用导致的。上述研究深化了对Ni-Mn-Ga合金马氏体变形行为的认识,丰富了马氏体相变晶体学理论,为进一步基于外场训练进行性能优化提供了支撑。
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