導讀：塑性變形顯著改變了TiNi形狀記憶合金的組織和性能。本文研究了冷軋TiNi50.8（at. 1）的B2相中具有擴展孿晶界的獨特人字形亞晶結構的形成及其對合金超彈性的影響。詳細的電子背散射衍射（EBSD）分析表明，在冷軋變形過程中，經過多次道次后，在不同的方向上存在大量不同于基體晶粒的亞晶區。值得注意的是，在亞粒區域內出現了獨特的帶狀和人字形結構，所有的邊界都被確定為重合點陣（CSL）邊界。進一步分析發現，在[100]B2取向晶粒中，周期性的<011>B2和<001>B2傾斜軸垂直于變形表面法線方向后，自發的CSL邊界生成，形成了人字形結構內特有的四重結，不同于帶狀結構中發現的單一[011]B2傾斜軸。透射電鏡（TEM）鑒定出B2孿晶關系對應于特殊的CSLΣ邊界，而暗場和高角度環形暗場（HAADF）圖像顯示B19 '馬氏體納米疇裝飾孿晶邊界。這種擴展的孿晶界結構大大增強了循環穩定的超彈性，其特征是功能疲勞更有限，模量降低27%，可恢復應變增加76%，經過100次訓練循環后，與固溶處理的樣品相比。本研究為冷軋條件下TiNi sma的微觀結構演變和超彈性性能的增強提供了新的見解，為通過簡單的冷軋工藝引入具有馬氏體-納米疇嵌套B2孿晶的特殊亞晶結構來優化sma的功能提供了一種新方法。

鈦基合金因其優異的力學和功能特性而成為應用最廣泛的形狀記憶合金。先前變形已被證明對TiNi sma的微觀結構和相關功能特性有顯著影響。人們早已認識到，充分的冷加工可以深刻地改變假彈性，從而減少遲滯，提高強度，降低彈性模量，增強抗疲勞能力，擴大工作溫度范圍。大量變形缺陷與馬氏體孿晶之間的相互作用是中等冷拔馬氏體tin49.8合金[6]線性超彈性的機制，這是通過馬氏體微孿晶的出現和消失來實現的。在嚴重冷拔的TiNi50.9合金中，非晶和納米晶B2母相是表現出最小遲滯超彈性時重要的局部組織特征。因此，冷加工處理已被廣泛用于定制TiNi sma的微觀結構，針對各種機制來實現所需的功能特性。其中包括細化晶粒以減少應力-應變滯后，形成由納米晶和非晶相組成的復合材料以獲得大彈性應變和高疲勞抗力，以及發展梯度納米結構以改變超彈性。

最近，由于實際應用的進步，人們對導致不可逆應變的變形機制以及sma在疲勞載荷下力學和功能性能退化的興趣顯著增加。這一重點主要集中在位錯和孿晶結構的引入。盡管具有有序的cscl型結構，但TiNi合金中的b2相具有顯著的延展性，變形應變超過50%，這一現象長期困擾著有序金屬間化合物領域的研究人員。人們提出了多種孿生機制來解釋超彈性變形和形狀恢復。Goo等人是最早討論B2相TiNi sma中孿晶的人之一，他們強調了復雜的晶體學剪切和shuffle步驟來解釋{114}B2變形孿晶[20]的機制的必要性。同時，提出了一種由變形馬氏體向B2反向轉變直接生成B2孿晶的簡單機理。{114}B2與{201-}B19′孿晶隨后被檢查，并提供了一個晶體學模型來描述在TiNi合金中通過正向和反向馬氏體轉變形成的孿晶。最近，Gao等人提出了一個綜合框架，將變形孿縫和機械孿縫耦合為TiNi地區累積變形的成因。不同的研究者通過對變形的TiNi的實驗觀察，對B2到B19 '和返回B2的孿晶通路進行了表征。

通過各種變形處理，包括等徑角擠壓、冷拔和冷軋，可以有效地利用相變相關的孿晶機制來細化TiNi sma的晶粒組織。目前，變形誘導微觀組織細化的設計主要集中在嚴重塑性變形引起的高密度缺陷，包括非晶化。先前的研究發現，在嚴重冷軋的TiNi sma中，在納米尺度晶格畸變下，B19 '納米疇的有限轉變是寬溫度范圍內具有循環穩定性的準線性超彈性的起源。然而，高密度缺陷和不可轉化非晶相的嚴格結構限制了整體功輸出。

為了充分利用優化母相微觀結構的潛力，通過控制變形加工獲得理想的sma力學和功能性能，西安交通大學梁強龍副教授團隊通過重復冷軋變形（20道次總厚度減少15%），探索了在具有擴展孿晶邊界的NiTi B2母相中構建一種新的亞晶結構，并研究了這種特殊的亞晶結構對MT過程和應力-應變行為的潛在影響。利用電子背散射衍射（EBSD）、透射電子顯微鏡（TEM）和掃描透射電子顯微鏡高角環形暗場成像（STEM-HAADF）對孿晶特征進行了研究。在豐富的重合點陣（CSL） Σ邊界下，確定了不同的周期性錯取向軸，構建了自適應層狀人字B2孿晶結構。TEM選擇區域衍射圖（SADP）、暗場圖像和HAADF圖像顯示B2孿晶關系對應Σ邊界，B19 '馬氏體納米疇裝飾孿晶邊界。通過應力誘導和控制馬氏體納米疇在人字亞晶結構孿晶界的生長，實現了具有最小遲滯和大可恢復應變的循環穩定超彈性。

相關研究成果以“Novel sub-grain structures in B2 of a cold-rolled TiNi shape memory alloy with unique property”發表在Acta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645424009777

多道次冷軋變形Ti49.2Ni50.8 (at。采用SEM-EBSD、TEM、S/TEM和拉伸試驗對合金進行了全面的表征。在變形處理后的試樣中觀察到豐富的亞晶CSL Σ邊界，主要沿<011>B2軸傾斜，形成獨特的人字形結構。人字形結構由<011>B2傾斜軸上的csl為垂直邊界，<001>B2和<012>B2傾斜軸上的csl為水平邊界組成。構造人字形結構的csl的傾斜軸垂直于變形表面的法線方向，特別是在[100]B2方向上。這些傾斜軸（[011],[010]，[011]和[001]）的周期性45°旋轉被觀察到在一個典型的四重結構造人字形結構。{114}B2和{332}B2的雙平面分別對應于最常見的Σ9和Σ11邊界的csl。此外，還觀察到擴展的孿晶結構，其邊界被B19納米結構域修飾。與常規應力誘導馬氏體相變的固溶處理試樣相比，豐富的亞晶結構結合B19′-納米疇嵌套B2孿晶有利于低模量和大可恢復應變的循環穩定超彈性。這些發現為TiNi sma的微觀組織設計提供了重要的見解，為通過控制變形處理開發具有優化力學和功能性能的合金鋪平了道路。