钛镍（NiTi）合金因其优异的状态影象效应、超弹性和耐蚀性，被宽泛利用于航空航天、医疗器械及智能造作等领域。其主题肠能高度依赖于资料的相变行为，出格是马氏体与奥氏体之间的可逆转变个性。而钛含量作为影响NiTi合金相变温度、组织不变性和状态回复机能的关键成分，其节造尤为关键。在合金造备过程中，真空熔炼技术被宽泛选取以保障成分精杜纂纯净度，但钛元素在高温真空环境下极易挥发或产生氧化反映，导致现实成吩飓离设计指标，从而影响合金最终机能。因而，系统钻研真空熔炼过程中钛含量的变动对NiTi合金相变行为的影响，拥有沉要的理讲价值与工程领导意思。

杨浩等[1]探求了镍基高温合金在熔炼工艺中的关键技术问题，指出熔炼环境对合金元素节造的决定性作用。周鹏杰等[2]分析了Ni含量变动对合金组织与机能的调控机造，为钛镍系统中成分调控提供了启迪。马秀萍等[3]则从真空感应熔炼角度揭示了氧氮杂质对熔炼不变性的滋扰，强调熔炼空气对轻质元素节造的沉要性；圃⒌萚4]在钻研复杂合金系统中也证实了Al、Ti等易挥发元素在真空熔炼中的行为法规。此表，周睿之等[5]在NiTi状态影象合金丝材与粉末造备过程当选取真空感应熔炼与雾化技术，验证了该工艺对合金成吩旖均性与机能不变性的保险作用。

因而，文章以真空熔炼过程中钛含量变动为切入点，系统分析其对钛镍合金相变行为的影响法规，并结合显微结构与热力学参数进行尝试验证，以期为NiTi合金高机能化造备提供工艺参考与理论凭据。

1、理论基础

1.1真空熔炼过程中钛的行为与损耗机理

在真空熔炼环境中，钛作为一种活跃金属，其高温下的行为尤为复杂，重要阐发为蒸发损耗和氧化反映两个方面。钛的蒸气压在高温下迅速升高，当熔炼温度超过1600℃时，钛元素的挥发速度显著增长，尤其在高真空（<10-3Pa）前提下更为显著。此表，只管在真空中氧气分压极低，但钛对氧的亲和力极强，仍可能与残存氧或炉壁开释的气体产生反映，天生TiO、TiO₂等氧化物，造成活性钛的不成逆损耗。这类氧化反映不仅扭转合金成分，还可能在凝固过程中引入同化物，影响组织均匀性和相变不变性。

1.2钛含量影响法规

在NiTi合金系统中，钛含量对资料的相变温度拥有高度敏感性，阐发出显著的非线性调控作用。具体而言，随钛含量的微幼增长（通常在原子百分比±1%领域内），相变温度（Ms、Mf、As、Af）会产生显著变动。钻研批注，当合金中钛含量相对偏高时，系统中Ni含量相对削减，从而降低了Ni对奥氏体相的不变作用，导致奥氏体相更容易形成，即相变温度升高。这一变动可归因于Ni在晶格中的电子结构调节效应，其作用为加强奥氏体B2相的不变性，因而在Ni含量降低（或Ti增多）时，B2结构趋于不不变，相调换易产生，如图1所示。

另一方面，钛含量的调整也影响组织不变性与热处置响应。过量钛会促使Ti₂Ni等第二相的析出，进而形成晶界强化或析出强化作用，但同时也可能造成组织非均匀性，甚至形成脆性区域。而在成吩旖均节造优良的情况下，略高迪胙含量可提升状态回复率与应力水平，提高合金的委顿寿命与不变性。

2、尝试设计

2.1合金配方设计与钛含量梯度设置

为了系统钻研钛含量对NiTi合金相变行为的影响，本钻研在合金成分设计上选取精密化梯度调控战术；谇捌谙嗤挤治鲇胛募数据，确定钛的改观领域为49.0~51.0at.%，总共设置5组合金样本（编号A1~A5），每组间以0.5at.%为步进梯度，覆盖从偏Ni端至偏Ti端的关键成分区域Ｋ伎嫉絅iTi合金的相变温度对成分变动极度敏感，0.5at.%迪胙含量差距足以引起显著的相变行为变动，同时能保障合金的整体成分误差不至于影响样品成形与后续测试可行性。设计中始终维持二元系统Ni-Ti总原子比为100at.%，预防杂质元素引入对测试了局的滋扰。合金原料选取高纯Ni（≥99.99%）和Ti海绵（≥99.95%），并在真空前提下进行称量与混料。通过表1所列配比，可实现针对马氏体肇始温度（Ms）与相变焓变等参数的分组比力与统计分析，为钻研钛含量与相变机能间的关联性提供靠得住数据支持。

表 1 合金配方的参数设计（at.%）

2.2真空熔炼与铸造工艺参数

为确保配方钛含量在熔炼与成型过程中尽可能不产生误差，尝试选取真空感应熔炼（VIM）工艺，结合高纯原料节造和优化的熔炼空气。熔炼炉预抽真空至5×10^-3Pa以下以排除氧气和氮气，随后引入氩气；た掌，并维持正压环境以预防表部空气进入。熔炼温度设定为1650℃，稍高于NiTi合金的齐全溶解点，确保所有合金元素充分反映形成均匀液态混合物。保温15min，通过电磁搅拌均匀化合金成分，再选取石墨坩埚定向冷却铸造以形成棒材。过程中出格把稳坩埚资料选择，预防Ti与SiO₂或Al₂O₃等耐火资料产生反映天生杂质相。冷却速度节造在10~20℃/min，以抑造Ti2Ni等二次相的析出，并获得较梦想的初始晶粒结构。每组样品均进行3次独立熔炼，以评估成分巢轮性，ICP-OES分析了局批注钛含量误差节造在±0.15at.%以内，满足精确成分节造的尝试需要。

2.3显微组织表征步骤

显微组织是理解NiTi合金机能变动的基础，因而在每个样品造备实现后，需选取多种伎俩对其组织描摹和组元散布进行深刻表征。首先通过线切割法截取合金截面，经砂纸打磨、机械拋光与电解侵蚀处置后使用光学显微镜（OM）进行宏观组织观察，确认合金铸态是否存在显著晶；洹⑵龌蛄盐。随后使用扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）对合金的晶粒尺寸、相散布与元素散布进行定量分析，出格关注是否存

在Ti₂Ni、Ni₄Ti₃蹬装响机能的第二相颗粒。对于微纳尺度结构及相变机造进一步揭示，拔取代表性样品发展透射电镜（TEM）分析，获取马氏体变形区、孪晶结构以及纳米析出物的描摹信息。通过对分歧Ti含量合金的SEM图像进行图像处置，统计晶粒尺寸散布及二次相面积分数。例如，Ti为49.0at.%时晶粒均匀尺寸约为23μm，而Ti为51.0at.%时可达到45μm，体现出高Ti含量对再结晶抑造与粗晶形成的推动效应。

2.4相变机能测试步骤

NiTi合金的主题肠能指标之一是其相变行为，因而相变温度及热力学参数测试选取差示扫描量热法（DSC）进行。每组合金截取3块样品（质量节造在10±0.5mg），放入铝坩埚中，于氮气；は略-100~150℃领域内以10℃/min速度起落温。通过DSC热流曲线提取马氏体肇始温度（Ms）、马氏体终止温度（Mf）、奥氏体肇始温度（As）及终止温度（Af）四个关键相变点，并推算转变热焓（ΔH）。典型数据如A3样品（Ti=50.0at.%）显示：

Ms=48.3℃、Mf=30.6℃、As=34.5℃、Af=56.1℃、ΔH=18.2J/g。

随着钛含量提高，相变温度整体上升，ΔH略有削减，批注高Ti含量虽提升相变起点，但可能就义肯定的热驱动力。此表，使用动态力学分析仪（DMA）进行应力加载-卸载循环测试，提取超弹性滞回曲线与回复应力指标。例如，A2样品在3%应变前提下的最大回复应力为378MPa，而A5样品可达452MPa。

3、尝试了局与分析

3.1分歧钛含量合金的化学成分与显微组织

通过ICP-OES元素分析与SEM观察，对分歧钛含量NiTi合金的化学成分精度及显微结构特点进行了系 统表征。从表2的尝试了局可知，各样品现实成分与设计值根基吻合，钛含量误差节造在±0.15at.%以内，注明真空熔炼工艺在合金成分节造方面阐发优良。显微组织方面，随着钛含量的提高，晶粒尺寸呈显著增大趋向，由A1样品的22.5μm上升至A5样品的44.6μm，反映出钛含量升高对晶粒成长拥有推进作用。此表，二相散布面积比也随之升高，出格是在Ti含量超过50.0at.%时，Ti₂Ni等析出相的面积比例显著提升，对组织均匀性和可逆相变能力组成潜在影响。这一趋向注明，钛含量过高虽有利于相变温度升高，但可能导致组织不变性降落，需在合金设计中予以衡量。

表 2 分歧钛含量合金的成分与组织特点

3.2相变温度及热力学参数随钛含量的变动

通过差示扫描量热法（DSC）对各组样品的相变行为进行精确测定，获得马氏体肇始（Ms）、终止（Mf）、奥氏体肇始（As）、终止（Af）温度及相变焓变（ΔH）等参数。

表3的尝试了局批注，Ti含量每提高0.5at.%，Ms温度均匀上升约6~9℃，Af温度亦相应提升，反映出钛元素对马氏体相不变性的加强效应。与此同时，ΔH呈递减趋向，由A1的22.3J/g逐步降低至A5的14.9J/g，注明固然相变容易启动，但转变驱动力趋弱，可能影响回复行为的充分性。出格是在Ti含量达51.0at.%时，Af达到66℃以上，已靠近部门医疗利用对室温不变性的临界要求。因而，该参数分析不仅揭示成分对热响应机能的影响，也为现实利用中的温区匹配提供参考。

表 3 分歧钛含量下的相变温杜纂热力学参数

3.3钛含量对相变滞后与状态回复机能的影响

相变滞后是状态影象合金能量损耗与可逆性的关键指标，本钻研通过DSC热循环数据推算相变滞后（Af-Ms），并结合DMA应力应变测试提取最大回复应力。

表4的尝试数据显示，相变滞后随钛含量变动呈先增后降趋向，在A3样品（Ti=50.0at.%）时达到最大值 14.9℃，随后略有回落。这一景象可能源于成分调控下晶格应力与界面能的协同演化。此表，最大回复应力由A1的320MPa逐步提升至A5的452MPa，反映出较高Ti含量加强了状态复原过程中的相界迁徙与弹性应力存储能力，但滞后行为未随应力提升而同步扩大，体现出分歧机能参数之间的耦合调节关系，这为现实利用中针对特定负载环境拔取合金配比提供了机能优化凭据。

表 4 钛含量对相变滞后与最大回复应力的影响

4、结论与瞻望

本钻研萦绕真空熔炼过程中钛含量变动对NiTi合金相变行为的影响发展系统尝试与理论分析。通过节造钛含量梯度设计，结合真空感应熔炼技术，成功造备出五组拥有代表性的NiTi合金样品。尝试了局批注，钛 含量是调控NiTi合金马氏体-奥氏体相变温区与热力学机能的关键参数。随钛含量升高，相变温度整体上 移，最大回复应力加强，但晶粒尺寸增大及析出相增多可能减弱合金的组织不变性与可逆性。此表，相变滞后在肯定领域内呈非线性变动，显示出组织结构与热力学驱动之间的耦合机造。钻研批注，在真空熔炼过程 中，需精确节造钛损耗行为，以确保成分不变性与机能一致性。本钻研不仅深入了对成分调控与相变行为关 系的理解，也为高机能NiTi职能资料的成分设计与熔炼工艺优化提供了理论凭据与实际参考。

参考文件

[1]杨浩，王方军，李采，等.镍基高温合金的熔炼工艺钻研进展[J].特殊钢，2023，44（3）：1-9.

[2]周鹏杰，宋德航，吴海斌，等.Ni含量对钻基局温合金组织与机能的影响[J].航空资料杂志，2019，39（6）.

[3]马秀萍，周同金，刘东方，等.真空感应熔炼工艺对镍基高温合金氧氮含量的影响[J].铸造，2019，68（7）：730-733.

[4]黄元盛，温立哲，杨琳.真空熔炼AlxNLTixCoCrCu0.5FeMo双相高爛合金的钻研[J].有色金属工程，2021，11（8）：29.

[5]周睿之，李享，郭嘉昕，等.真空感应炉熔炼雾化3D打印镍-钛状态影象合金丝材和球形粉末[J].金属世界，2021（1）：40-43.

（注，原文标题：真空熔炼钛含量对钛镍合金相变的影响）