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新型β钛基形状记忆合金具有对人体无潜在毒性、优异的超弹性和优良的生物相容性,作为植入体材料在生物医用领域有着极大的应用潜力。深入研究β钛基形状记忆合金低周疲劳性能以及显微组织对其疲劳性能的影响,并进一步探讨和分析在交变载荷作用下β基形状记忆合金马氏体相变过程,裂纹扩展与马氏体相变之间的交互作用及其机理,为推进该类合金实用化具有重要意义。本文以具有优异超弹性能的Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn形状记忆合金为研究对象,利用数字图像相关技术对β基形状记忆合金变形进行原位观察,并研究其变形特性;对循环载荷作用下该合金的疲劳寿命进行了评估,分析了疲劳变形过程中显微组织、弹性模量和超弹性能变化规律;最后对裂纹扩展过程和裂纹尖端应变场动态演变过程进行DIC原位观察,分析α、β相界对裂纹扩展影响机理。主要研究内容和结论如下:(1)对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金在室温下进行扎制,在600℃到800℃下对合金进行退火处理,对不同退火温度下合金的显微组织、力学性能和变形特性进行研究,结果表明:α→β相的相转变点在700℃与800℃之间。700℃和800℃合金在室温下表现超弹性能。其中700℃处理得到的合金因其细小的组织结构和α相强化作用,表现出更加优异的超弹性能。马氏体相变起源于样品表面,然后向样品内部扩展,且扩展不均匀,向有利于马氏体相变的晶粒中扩展。(2)对不同退火温度处理后的800℃退火处理后的Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的低周疲劳寿命进行测试,结果表明:合金表现出比700℃处理后合金更高的疲劳寿命。形状记忆合金反复变形过程马氏体相变释放热量,合金温度升高,促进了β→α和β→ω相变过程。疲劳变形过程中,合金发生了先软化后硬化现象。合金软化是由于孪生合并引起的;合金后来硬化是由于疲劳次数的增加,α和ω两相含量越来越高的缘故。(3)采用数字图像相关方法(DIC)对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金在加载过程中裂纹扩展过程和裂纹尖端应变场进行原位观察。研究表明:相同加载速率下,与800℃退火处理后的合金相比,700℃退火处理的合金裂纹扩展速率和偏转角偏高,这与700℃退火处理的合金中含有大量α相有关,α、β相界易产生微裂纹或使得裂纹发生偏转。从应变云图可以看出在预制裂纹尖端产生应力集中,宏观上表现为变形不均匀,马氏体相变发生在变形较大处,裂纹沿着变形较大处扩展,马氏体相变阻碍裂纹扩展。