NiTi形狀記憶合金(SMA)具有類似于低碳鋼的Lüders變形行為。NiTi中的Lüders型變形發生在應力誘發馬氏體相變或馬氏體重取向過程中。此時可以觀察到Lüders型變形具有上-下屈服，然后是應力平臺，應變跨度通常為5~7%。這種上-下屈服行為呈現出典型的力學失穩狀態。NiTi形狀記憶合金具有與應力誘發馬氏體相變相關的Lüders型變形行為。這種相變引起的Lüders變形與低碳鋼的位錯相關Lüders變形呈現出不同的冶金機制。為了解釋這一現象，文獻中提出了許多假說。然而，所有這些解釋似乎都在某種程度上與一些實驗證據相矛盾。

來自西澳大學的學者對多晶NiTi合金中Lüders型變形的發生提出了一種新的解釋，并基于應力誘導相變、試驗機的十字頭運動和彈性收縮產生的樣品長度變化的守恒準則，推導了一個模型。通過拉伸實驗和數字圖像相關測量對模型進行了驗證。新模型能夠描述Lüders型變形行為的上-下屈服現象和平臺應力。相關文章以“A mechanical criterion for Lüders-type deformation of polycrystalline NiTi”標題發表在Acta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118604

圖1.樣品在Lüders型偽彈性拉伸變形的兩個不同階段的DIC ε_x應變圖。(a) Lüders帶的產生。(B) Lüders帶的傳播階段。

圖2.NiTi的Lüders型形變現象。(a)30 mm長NiTi狗骨形試件在Lüders帶模式下的拉伸偽彈性應力-應變曲線。(b)(a)中虛線區域的放大圖，顯示Lüders變形開始時的應力降細節。(c)在偽彈性變形循環期間，沿試件長度的兩個位置的局部應變和DIC測量的全規長度上的全局應變(平均應變)的時間演變。(d)(c)中虛線區域的放大圖，顯示Lüders變形開始時奧氏體應變松弛的詳細情況。(E) Lüders頻帶從一個時間點擴展到下一個時間點的示意圖

圖3.基于DIC測量的Lüders帶起始和傳播的時間分辨應變分析。(a)在Lüders帶形變的不同時間，沿樣品中心線的局部應變分布。(b)與點“5”對應的時間的樣本的軸向應變ε_x圖的DIC圖像。 (c)Lüders帶外奧氏體彈性應變在形成和擴展過程中的變化。(d)Lüders帶的長度l_L和峰值應變ε_L的演化。

圖4.模型模擬了NiTi的Lüders型變形的拉伸應力-應變行為。(a)由Lüders帶δ_L產生的樣品延伸率與由試驗機δ_m提供的延伸率之間的比較。(b)樣品的實驗測量和模型計算的應力-應變曲線的比較.

本研究對多晶NiTi中應力誘發馬氏體相變的Lüders型形變的發生提出了新的解釋。這一解釋是基于樣品尺寸變化的實時守恒準則，這三個因素包括試驗機施加的尺寸變化、由于Lüders帶的形成或膨脹而產生的尺寸變化以及樣品的彈性應變收縮。根據這一準則和提出的實驗證據。

多晶NiTi的應力誘發馬氏體相變的Lüders帶在一個較高的局部應變率和較高的局部應變率范圍內突然啟動，該應變率可比典型拉伸試驗中的應變率高一個數量級。這導致樣品延伸率快于測試機施加的延伸率。這導致樣品的彈性應變收縮產生負的伸長率，以補償由測試機提供的伸長率不足。彈性應變收縮引起的應力降標志著Lüders帶的開始。

基于試件延伸率實時守恒準則，建立了帶實驗輸入的數學模型。該模型能夠描述NiTi合金Lüderst型變形的全應力-應變響應，包括初始應力降和應變降低，以及隨后的應力平臺。復制的行為與實驗測量完全匹配。根據這一準則，在來自Lüders帶的樣品延伸率高于來自試驗機的樣品延伸率的條件下，定義了Lüders型變形的初始上-下屈服行為。

基于伸長率守恒的模型描述了發生Lüders型變形的必要條件，但不是充分條件。其他因素可能會影響防止Lüders類型的變形行為，例如，金相和晶體織構、高密度缺陷以及壓縮和剪切。