王臻等：医用镍钛合金的制备与热压缩变形行为 ·243· 表3N-T形状记忆合金在不同变形条件下的流动应力值 Table 3 Rheological stress and strain values of Ni-Ti alloy under differ- 6 ent deformation conditions 14 应变速 不同温度下的流动应力/MPa 应变量 率/s1750℃800℃850℃900℃950℃ 0.001 85.14662.55148.93142.56633.268 10 0.010 146.85115.8688.26472.47868.129 0.1 0.100243.55180.24158.4127.82100.34 1.000326.47285.74234.88203.07169.07 1.5 -1.0 -0.500.51.01.52.0 Infsinh(co)] 0.00181.89961.74248.77640.35831.135 图6lnZ与ln[simh(ao)]关系曲线 0.010 143.9112.6485.38270.40364.094 0.2 Fig.6 Plot of InZ versus In sinh(ao)] 0.100237.88178.41157.04123.7397.844 1.000309.36265.71228.3198.52168.68 应变量下的a、n、Q和nA值，后代入式(1)，计算得 0.00178.14760.9946.51838.79 29.61 到不同变形条件（变形温度、应变速率和应变量）下 0.010141.94108.8480.70367.43259.946 的流动应力值，并与实验所测值进行分析，两者的对 0.3 0.100224.64178.59151.53119.4292.211 比图如图7所示 1.000289.45253.92223.79192.29163.3 300 温度：900℃ 线行：原始数据 0.00176.85258.79445.45337.33128.22 点状：预测数据 0.010134.4107.7478.28767.80856.722 0.4 0.100 214180.08150.86115.8790.351 200 1.0s VVFFFF666F00666604-19988888998 1.000285.38247.41223.23188.73159.85 0.1s1 100 0.01s1 3结论 *中中t◆+◆小+◆++t+tt一 0.001s4 (1)应变速率和变形温度是影响医用Ni-Ti形 状记忆合金的流动应力大小的主要因素.当变形温 0.10.20.30.40.50.60.70.8 真应变 度减小或应变速率增大时，合金的流动应力值会随 图7预测应变曲线与实测应变曲线的比较 之增大 Fig.7 Comparison between predicted and measured flow curves (2)Ni-Ti合金热变形激活能Q=109.37kJ· mol-1,高温变形本构方程为=1.50×103× 从图7可以看出，所建立的本构方程能够比较 sinh(0.010)]34 exp ( 109370 精确的预测镍钛合金的流动应力，从而完全满足实 RT 际要求 (3)医用Ni-Ti合金合理的热变形温度范围为 2.4热加工图流动应力 820~880℃，真应变速率低于0.1s-1. Ni-Ti合金在不同实验条件下的流动应力值如 表3所示. 参考文献 根据表3中的数据，采用Matlab软件进行模拟 [1]Jani J M,Leary M,Subic A,et al.A review of shape memory al- 计算，得到N-Ti形状记忆合金在应变量为0.1、 loy research,applications and opportunities.Mater Des,2014, 56:1078 0.2、0.3和0.4的热加工图，如图8所示，灰色阴影 [2]Frenzel J.George E P,Dlouhy A,et al.Influence of Ni on mar- 部分表示的是失稳区域，等值线表示的是功率耗散 tensitic phase transformations in NiTi shape memory alloys.Acta 因数，功率耗散因数越大表示合金热加工性能越好 Mater,2010,58(9):3444 由图8可以看出，合金存在明显的加工安全区和流 [3] Jiang S Y,Zhang YQ.Microstructure evolution and deformation 变失稳区，表明本文实验条件下Ni-Ti合金合理的 behavior of as-cast NiTi shape memory alloy under compression. Trans Nonferrous Met Soc China,2012,22(1):90 热变形温度范围为820~880℃，真应变速率低于 [4]Zhao W B.Material characteristic and medical application of nick- 0.1s-1 el-titanium shape memory alloy.IClin Rehabilitatire Tissue Eng王 臻等: 医用镍钛合金的制备与热压缩变形行为 图 6 lnZ 与 ln [sinh(琢滓)]关系曲线 Fig. 6 Plot of lnZ versus ln [sinh(琢滓)] 应变量下的 琢、n、Q 和 lnA 值,后代入式(1),计算得 到不同变形条件(变形温度、应变速率和应变量)下 的流动应力值,并与实验所测值进行分析,两者的对 比图如图 7 所示. 图 7 预测应变曲线与实测应变曲线的比较 Fig. 7 Comparison between predicted and measured flow curves 从图 7 可以看出,所建立的本构方程能够比较 精确的预测镍钛合金的流动应力,从而完全满足实 际要求. 2郾 4 热加工图流动应力 Ni鄄鄄Ti 合金在不同实验条件下的流动应力值如 表 3 所示. 根据表 3 中的数据,采用 Matlab 软件进行模拟 计算,得到 Ni鄄鄄 Ti 形状记忆合金在应变量为 0郾 1、 0郾 2、0郾 3 和 0郾 4 的热加工图,如图 8 所示,灰色阴影 部分表示的是失稳区域,等值线表示的是功率耗散 因数,功率耗散因数越大表示合金热加工性能越好. 由图 8 可以看出,合金存在明显的加工安全区和流 变失稳区,表明本文实验条件下 Ni鄄鄄 Ti 合金合理的 热变形温度范围为 820 ~ 880 益 ,真应变速率低于 0郾 1 s - 1 . 表 3 Ni鄄鄄Ti 形状记忆合金在不同变形条件下的流动应力值 Table 3 Rheological stress and strain values of Ni鄄鄄Ti alloy under differ鄄 ent deformation conditions 应变量 应变速 率/ s - 1 不同温度下的流动应力/ MPa 750 益 800 益 850 益 900 益 950 益 0郾 001 85郾 146 62郾 551 48郾 931 42郾 566 33郾 268 0郾 1 0郾 010 146郾 85 115郾 86 88郾 264 72郾 478 68郾 129 0郾 100 243郾 55 180郾 24 158郾 4 127郾 82 100郾 34 1郾 000 326郾 47 285郾 74 234郾 88 203郾 07 169郾 07 0郾 001 81郾 899 61郾 742 48郾 776 40郾 358 31郾 135 0郾 2 0郾 010 143郾 9 112郾 64 85郾 382 70郾 403 64郾 094 0郾 100 237郾 88 178郾 41 157郾 04 123郾 73 97郾 844 1郾 000 309郾 36 265郾 71 228郾 3 198郾 52 168郾 68 0郾 001 78郾 147 60郾 99 46郾 518 38郾 79 29郾 61 0郾 3 0郾 010 141郾 94 108郾 84 80郾 703 67郾 432 59郾 946 0郾 100 224郾 64 178郾 59 151郾 53 119郾 42 92郾 211 1郾 000 289郾 45 253郾 92 223郾 79 192郾 29 163郾 3 0郾 001 76郾 852 58郾 794 45郾 453 37郾 331 28郾 22 0郾 4 0郾 010 134郾 4 107郾 74 78郾 287 67郾 808 56郾 722 0郾 100 214 180郾 08 150郾 86 115郾 87 90郾 351 1郾 000 285郾 38 247郾 41 223郾 23 188郾 73 159郾 85 3 结论 (1) 应变速率和变形温度是影响医用 Ni鄄鄄 Ti 形 状记忆合金的流动应力大小的主要因素. 当变形温 度减小或应变速率增大时,合金的流动应力值会随 之增大. (2) Ni鄄鄄Ti 合金热变形激活能 Q = 109郾 37 kJ· mol - 1 ,高 温 变 形 本 构 方 程 为 着 · = 1郾 50 伊 10 5 伊 [sinh(0郾 010滓)] 3郾 49 exp ( - 109370 ) RT . (3)医用 Ni鄄鄄Ti 合金合理的热变形温度范围为 820 ~ 880 益 ,真应变速率低于 0郾 1 s - 1 . 参 考 文 献 [1] Jani J M, Leary M, Subic A, et al. A review of shape memory al鄄 loy research, applications and opportunities. Mater Des, 2014, 56: 1078 [2] Frenzel J, George E P, Dlouhy A, et al. Influence of Ni on mar鄄 tensitic phase transformations in NiTi shape memory alloys. Acta Mater, 2010, 58(9): 3444 [3] Jiang S Y, Zhang Y Q. Microstructure evolution and deformation behavior of as鄄cast NiTi shape memory alloy under compression. Trans Nonferrous Met Soc China, 2012, 22(1): 90 [4] Zhao W B. Material characteristic and medical application of nick鄄 el鄄titanium shape memory alloy. J Clin Rehabilitative Tissue Eng ·243·