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基于自预应力Fe-SMA的工程结构智慧修复平台开发设计与验证
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作者 董志强 崔础石 +3 位作者 孙瑜 朱虹 吴刚 李儒雅 《长安大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期141-152,共12页
针对土木工程领域长期存在的结构健康监测/评估技术与作业修复技术脱节、修复响应滞后问题,构建基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)自预应力技术的工程结构智慧修复平台框架。该平台以Fe-SMA为核心功能材料,通过高温激励产生的回复应力实现... 针对土木工程领域长期存在的结构健康监测/评估技术与作业修复技术脱节、修复响应滞后问题,构建基于铁基形状记忆合金(Fe-SMA)自预应力技术的工程结构智慧修复平台框架。该平台以Fe-SMA为核心功能材料,通过高温激励产生的回复应力实现损伤结构主动修复;平台集成监测/检测模块、模型计算模块和作业修复模块,依托数据传输与功能调用实现模块协同,实现结构前端监测、中段评估与末端修复的全过程智慧化。为验证平台有效性,以有机玻璃模型梁桥为对象,设计“跨中集中加载诱发病害、后端模块评估计算、Fe-SMA筋激励修复”的验证试验,并针对智慧修复平台提出一系列优化建议。研究结果表明:智慧修复平台可实时监测模型梁状态;损伤达到阈值后自动触发评估计算,反演出恢复结构健康所需施加的预应力值及Fe-SMA筋激励参数等;基于Fe-SMA自预应力的主动修复能使结构恢复健康状态,并详细展示平台在相应工况下的响应界面。 展开更多
关键词 桥梁工程 智慧修复平台 自预应力修复 fe-sma 升温激励
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Fe-SMA的材料特性及在土木工程中的应用进展 被引量:5
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作者 张哲熹 方成 +1 位作者 王伟 陈以一 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期411-424,共14页
铁基形状记忆合金(Fe-SMA)拥有可靠的形状记忆效应及优异的抗低周疲劳性能,在土木工程领域具有较为广阔的应用前景。材料特性方面,重点介绍Fe-SMA形状记忆效应及应力作用下亚结构层面相变机理,在此基础上阐述单调及循环加载下Fe-SMA的... 铁基形状记忆合金(Fe-SMA)拥有可靠的形状记忆效应及优异的抗低周疲劳性能,在土木工程领域具有较为广阔的应用前景。材料特性方面,重点介绍Fe-SMA形状记忆效应及应力作用下亚结构层面相变机理,在此基础上阐述单调及循环加载下Fe-SMA的力学性能;工程应用方面,对Fe-SMA的主要应用范围及相应关键技术进行总结,详细回顾Fe-SMA构件的构造形式、工作机理和力学性态,对不同技术实施方案的特点、优势和潜在不足进行评述。指出需进一步明确Fe-SMA阻尼构件的耗能破坏模式、变形相容条件和恢复力机制,建立损伤可控的Fe-SMA耗能元组件结构体系设计方法。 展开更多
关键词 铁基形状记忆合金 形状记忆效应 马氏体相变 预应力加固 低周疲劳 阻尼器
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Fe-SMA材料补强钢结构疲劳性能综述
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作者 吴水根 余倩倩 《结构工程师》 2022年第5期182-190,共9页
钢结构基础设施在服役过程中,受到荷载和环境介质的共同作用,往往产生裂纹、锈蚀等损伤。铁基形状记忆合金(Fe-SMA)材料性能优良,价格相对低廉,可基于形状记忆效应,便捷地施加预应力,对疲劳损伤钢结构进行加固补强。本文对Fe-SMA材料补... 钢结构基础设施在服役过程中,受到荷载和环境介质的共同作用,往往产生裂纹、锈蚀等损伤。铁基形状记忆合金(Fe-SMA)材料性能优良,价格相对低廉,可基于形状记忆效应,便捷地施加预应力,对疲劳损伤钢结构进行加固补强。本文对Fe-SMA材料补强钢结构疲劳性能已有相关研究工作进行综述,包括Fe-SMA材料恢复应力、Fe-SMA加固钢结构疲劳性能、环境温度和疲劳荷载对钢结构补强体系的影响,并和NiTinol-FRP复合材料补强钢结构疲劳性能进行了对比。 展开更多
关键词 铁基形状记忆合金 钢结构 疲劳 补强
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铁基形状记忆合金-变摩擦复摆隔震连续梁桥地震反应分析
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作者 尚继英 娄东旭 +2 位作者 韩建平 宋炳磊 马润博 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期262-271,共10页
针对传统摩擦复摆隔震桥梁支座位移过大、自复位能力不足等问题,利用变摩擦机制和形状记忆合金的超弹性特性,研发了一种新型铁基形状记忆合金-变摩擦复摆隔震支座(iron-based shape memory alloy-double-concave variable friction pend... 针对传统摩擦复摆隔震桥梁支座位移过大、自复位能力不足等问题,利用变摩擦机制和形状记忆合金的超弹性特性,研发了一种新型铁基形状记忆合金-变摩擦复摆隔震支座(iron-based shape memory alloy-double-concave variable friction pendulum bearing,Fe-SMA-DVFPB)。构建其本构模型,并确定其等效分析模型。提出Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁基于位移的抗震设计方法,以实际工程为背景,分别设计了应用不同类型支座的隔震桥梁,并对用不同类型支座隔震的桥梁抗震性能进行对比分析。研究表明:相比传统摩擦复摆支座隔震桥梁,Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁支座相对位移最大减小量为23.79%,残余位移最大减小量为93.56%;应用Fe-SMA-DVFPB隔震支座能更有效地控制支座相对位移与残余位移;Fe-SMA-DVFPB隔震桥梁支座相对位移与残余位移减小量明显大于墩底弯矩和剪力增加量。Fe-SMA-DVFPB能够进一步提升桥梁的震后可恢复能力。 展开更多
关键词 铁基形状记忆合金(fe-sma) 变摩擦复摆隔震支座(DVFPB) 本构模型 等效分析模型 抗震性能
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电脉冲磁场对FeMnSiCr合金铸态管接头形状记忆效应的影响 被引量:8
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作者 刘兴江 史艳华 +2 位作者 齐锦刚 王建中 苍大强 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1866-1868,共3页
提出了用电脉冲磁场细化铁基形状记忆合金铸管凝固组织的新工艺,并对铸管的形状记忆效应进行对比研究。实验结果表明,适当频率的电脉冲磁场能够显著改善铁基形状记忆合金的凝固组织,提高其铸态管接头的形状记忆效应,并对其机理进行了初... 提出了用电脉冲磁场细化铁基形状记忆合金铸管凝固组织的新工艺,并对铸管的形状记忆效应进行对比研究。实验结果表明,适当频率的电脉冲磁场能够显著改善铁基形状记忆合金的凝固组织,提高其铸态管接头的形状记忆效应,并对其机理进行了初步分析。 展开更多
关键词 电脉冲磁场 铁基形状记忆合金 铸态管接头
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一种新型智能防松螺母的研究 被引量:11
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作者 李俊良 杜彦良 +1 位作者 孙宝臣 沈英明 《工程设计学报》 CSCD 2003年第3期154-157,共4页
为了有效地解决螺纹联接的松动、松脱问题,提出从功能材料入手利用铁基形状记忆合金来研制一种新型螺母的设计思想.从理论上分析了新型螺母的防松机理,并试验研究了螺母的静动态防松效果和重复使用性能.试验结果表明,新型智能螺母具有... 为了有效地解决螺纹联接的松动、松脱问题,提出从功能材料入手利用铁基形状记忆合金来研制一种新型螺母的设计思想.从理论上分析了新型螺母的防松机理,并试验研究了螺母的静动态防松效果和重复使用性能.试验结果表明,新型智能螺母具有很好的静动态防松效果,并且可以重复使用. 展开更多
关键词 防松 螺母 铁基形状记忆合金
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铁基形状记忆合金混凝土框架节点可恢复变形性能分析 被引量:8
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作者 阎石 杜长虹 +2 位作者 肖正峰 蒋欣欣 牛健 《地震研究》 CSCD 北大核心 2020年第3期491-499,602,共10页
罕遇地震作用下混凝土框架梁柱节点残余变形的不断累积是造成其破坏的主要原因之一,如何减小动力循环荷载作用下节点的残余变形,提升其可恢复变形能力具有重要的意义。利用超弹性铁基形状记忆合金(SMA)代替普通钢筋,不仅可使节点具有较... 罕遇地震作用下混凝土框架梁柱节点残余变形的不断累积是造成其破坏的主要原因之一,如何减小动力循环荷载作用下节点的残余变形,提升其可恢复变形能力具有重要的意义。利用超弹性铁基形状记忆合金(SMA)代替普通钢筋,不仅可使节点具有较大延性,还能保持较高耗能和可恢复变形能力。为了系统地分析新型节点的地震可恢复变形性能,利用OpenSEES系统平台建立一种相关节点的有限元模型,数值模拟普通配筋节点和铁基SMA筋节点模型在拟静力荷载作用下的内力和变形规律,并与试验结果进行比较;进一步分析了新型节点不同轴压比等参数下滞回性能,得到了极限承载力、刚度、阻尼、残余变形等变化规律,明确了可恢复变形性能。结果表明:所建立的模型能较好地反映新型节点的滞回性能和可恢复变形性能的变化规律,所提出SMA混凝土节点具有更好的抗震性能和可恢复地震变形能力,残余变形减小50%左右。 展开更多
关键词 铁基SMA框架节点 可恢复变形性能 超弹性 抗震性能 拟静力加载 残余变形
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铁基形状记忆合金防松螺母防断机理的数值分析 被引量:3
8
作者 李俊良 杜彦良 孙宝臣 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第6期192-196,共5页
由于铁基形状记忆合金材料本身的特殊性能,由其制成的螺母所组成的螺栓联接中,不仅螺纹副之间的自锁摩擦力矩有所提高,而且轴向载荷在各螺纹齿间分布的均匀性也得以改善,从而有效地防止了螺纹联接松动、松脱及疲劳断裂等失效现象的发生... 由于铁基形状记忆合金材料本身的特殊性能,由其制成的螺母所组成的螺栓联接中,不仅螺纹副之间的自锁摩擦力矩有所提高,而且轴向载荷在各螺纹齿间分布的均匀性也得以改善,从而有效地防止了螺纹联接松动、松脱及疲劳断裂等失效现象的发生。主要对这种新型螺母的防断机理进行了分析,建立了螺栓联接载荷分布的计算模型,并通过与普通螺栓联接的比较,对这种新型螺母的防断性能进行了评价。 展开更多
关键词 智能材料与结构 防断机理 数值分析 铁基形状记忆合金 防松螺母
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铁基形状记忆合金螺母防断性能 被引量:1
9
作者 沈英明 杜彦良 李俊良 《石家庄铁路工程职业技术学院学报》 2004年第4期1-3,共3页
在分析螺纹联接发生断裂原因基础上,提出螺纹联接各个螺纹牙受力的数学模型,测试铁基形状记忆合金的弹性模量,并将合金的超弹性特性折算成记忆合金的弹性模量变化,利用螺纹牙受力的数学模型计算了普通螺母和新型螺母各个螺纹牙的受力。... 在分析螺纹联接发生断裂原因基础上,提出螺纹联接各个螺纹牙受力的数学模型,测试铁基形状记忆合金的弹性模量,并将合金的超弹性特性折算成记忆合金的弹性模量变化,利用螺纹牙受力的数学模型计算了普通螺母和新型螺母各个螺纹牙的受力。计算结果表明,铁基形状记忆合金螺母具有一定的防断性能。 展开更多
关键词 铁基形状记忆合金 防断 螺母 超弹性 螺纹联接 性能 弹性模量 受力 基础
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铁基形状记忆合金螺母防松摩擦力矩的表征 被引量:1
10
作者 李俊良 沈英明 杜彦良 《石家庄铁道学院学报》 2004年第4期30-33,共4页
:在普通螺母防松摩擦力矩计算分析的基础上,对铁基形状记忆合金制成的新型螺母的防松摩擦力矩进行了表征,建立了防松摩擦力矩的数学模型。通过用M10×1.5新型螺母进行试验,对该数学模型进行了验证。
关键词 铁基形状记忆合金 防松螺母 摩擦力矩 性能
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Fe-Mn-Si合金循环变形中马氏体相变和应变疲劳特性 被引量:1
11
作者 林成新 王桂新 王金刚 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期62-65,共4页
用X射线衍射分析、扫描电镜观察以及应变疲劳试验研究表明,Fe-Mn-Si形状记忆合金在承受正负交变应力作用时,可相应地发生应力诱发γε马氏体相变及其逆相变。Fe-Mn-Si形状记忆合金循环变形过程中的应力诱发γε马氏体相变及其逆相... 用X射线衍射分析、扫描电镜观察以及应变疲劳试验研究表明,Fe-Mn-Si形状记忆合金在承受正负交变应力作用时,可相应地发生应力诱发γε马氏体相变及其逆相变。Fe-Mn-Si形状记忆合金循环变形过程中的应力诱发γε马氏体相变及其逆相变能降低应力集中,抑制塑性滑移变形,减少疲劳裂纹的形成和扩展,使合金具有较高的应变疲劳强度。其弯曲疲劳断口类呈脆性断裂。Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni试验合金在应变幅值为±1.5%下的应变疲劳寿命达1300次,是U71Mn轨钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢的10倍左右。 展开更多
关键词 Fe—Mn—Si形状记忆合金 Ε马氏体相变 应变疲劳性能
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铁基形状记忆合金防松螺母重复使用性能研究
12
作者 沈英明 聂国权 +1 位作者 李俊良 杜彦良 《河北科技大学学报》 CAS 2005年第2期138-141,共4页
为了降低铁基形状记忆合金防松螺母的使用成本,探索了该新型螺母重复使用的可行性。使用M10螺母进行试验测试,螺母在不同回复退火温度间隔条件下的自锁摩擦力矩均有所增大,温度低于573K时,自锁摩擦力矩增加量均小于25%,当回复退火温度... 为了降低铁基形状记忆合金防松螺母的使用成本,探索了该新型螺母重复使用的可行性。使用M10螺母进行试验测试,螺母在不同回复退火温度间隔条件下的自锁摩擦力矩均有所增大,温度低于573K时,自锁摩擦力矩增加量均小于25%,当回复退火温度间隔为50K时,自锁摩擦力矩增加量有4次在25%以上,该新型螺母重复使用性能较好。 展开更多
关键词 铁基形状记忆合金 防松螺母 重复使用 自锁摩擦力矩 回复退火
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铁基形状记忆合金螺母防松性能研究 被引量:1
13
作者 沈英明 李俊良 杜彦良 《石家庄铁道学院学报》 2005年第1期25-28,共4页
  介绍铁基形状记忆合金防松螺母防松的基本原理,然后借助试验,对比测试防松螺母和普通螺母的自锁摩擦力矩与动态防松寿命。测试结果表明,铁基形状记忆合金防松螺母具有较好的防松性能。
关键词 铁基形状记忆合金 防松螺母 自锁摩擦力矩 动态防松寿命
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铁基形状记忆合金螺母的结构设计
14
作者 沈英明 杜彦良 李俊良 《石家庄铁道学院学报》 2001年第4期5-7,共3页
根据铁基形状记忆合金螺母防松原理 ,对螺母的结构进行了设计 ,螺母为薄壁、细牙、内斜、三角螺纹、加高结构 ,在与螺栓配合使用时 ,选择过渡配合以保证螺母具有较好的防松防断性能。
关键词 铁基形状记忆合金螺母 结构设计 防松 过渡配合 螺纹联接
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铁基形状记忆合金防松螺母加工工艺研究
15
作者 沈英明 李俊良 杜彦良 《石家庄铁道学院学报》 2003年第3期34-37,共4页
在分析铁基形状记忆合金产生记忆机理和螺纹联接松动机理的基础上,阐述铁基形状记忆合金螺母的防松原理,提出铁基形状记忆合金螺母的加工工艺,并对加工工艺中的关键问题进行探讨。
关键词 铁基形状记忆合金 螺母 加工工艺 螺纹联接 防松原理
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Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量(英文) 被引量:2
16
作者 鞠恒 林成新 +1 位作者 张佳琪 刘志杰 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第10期215-224,共10页
为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆... 为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆合金涂层低残余应力机理。结果表明,激光熔覆产生的应力诱发Fe-Mn-Si记忆合金各涂层γ→ε马氏体转变,将残余应力释放,得到低残余应力涂层。在受到各道激光照射(光斑接近至远离)过程中产生的热应力交替呈现为"拉-压-拉"应力状态,越远离激光热源中心,热应力越小;冷却完成后,激光涂层上残余应力表现为拉应力,最大应力位于基体与涂层交界处;在垂直与平行于激光熔覆两个方向上,涂层中的残余应力均呈现两侧大中间小的分布规律,在厚度方向上,熔覆涂层表面至涂层中心残余拉应力逐渐增加到最大值后,过涂层中心至熔化边界残余拉应力的数值开始逐渐降低,过涂层边界后,基体承受压应力并逐渐趋于零应力应力状态。 展开更多
关键词 激光熔覆 残余应力 Fe—Mn—Si形状记忆合金涂层 数值模拟 钻孔法
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不同扩径率对Fe-Mn-Si-Cr形状记忆合金管接头形状记忆效应的影响 被引量:3
17
作者 史艳华 刘兴江 +1 位作者 齐锦刚 关元礼 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期750-752,共3页
本文通过回复实验和回复抱管实验测试了不同扩径率条件下 ,Fe Mn Si Cr形状记忆合金管接头形状记忆效应的特征参数。结果表明 :5 %左右扩径率的管接头具有较好的显微组织 ,是可回复应变量和回抱力的最佳组合 ,因此增强了管接头连接的可... 本文通过回复实验和回复抱管实验测试了不同扩径率条件下 ,Fe Mn Si Cr形状记忆合金管接头形状记忆效应的特征参数。结果表明 :5 %左右扩径率的管接头具有较好的显微组织 ,是可回复应变量和回抱力的最佳组合 ,因此增强了管接头连接的可靠性。 展开更多
关键词 Fe-Mn-Si-Cr合金 管接头 扩径率 形状记忆效应
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Fe含量对等原子比NiTi形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响 被引量:4
18
作者 陈志伟 敬云兵 +3 位作者 甘春雷 黎小辉 郑开宏 钱健清 《材料研究与应用》 CAS 2021年第2期118-124,共7页
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和显微硬度计等测试手段,研究了Fe含量对Ni 50-x/2 Ti 50_(x/2) Fe_(x)(x=0.5%~3.5%)形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响规律.结果表明:NiTiFe三元形状记忆... 采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热仪和显微硬度计等测试手段,研究了Fe含量对Ni 50-x/2 Ti 50_(x/2) Fe_(x)(x=0.5%~3.5%)形状记忆合金微观组织、相变行为和显微硬度的影响规律.结果表明:NiTiFe三元形状记忆合金组织主要由Ni 4.8 Ti 5Fe 0.2相、Ni 3Ti相和基体组成,随着Fe含量的增加,合金组织中等轴晶粒尺寸逐渐增大;合金的相变温度,随Fe含量的增加迅速下降;合金的显微硬度随Fe含量的增加而急剧增加,与Fe含量呈正相关关系,当x=3.5%时达到最大值469.91 HV. 展开更多
关键词 Fe含量 NITI形状记忆合金 马氏体 奥氏体 显微硬度
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Martensitic and magnetic transformations of Ni-Ga-Fe-Co ferromagnetic shape memory alloys
19
作者 今野阳介 OIKAWA Katsunari +3 位作者 OMORI Toshihiro SUTOU Yuji KAINUMA Ryosuke ISHIDA Kiyohito 《材料与冶金学报》 CAS 2005年第2期121-121,共1页
Ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs) such as NiMnGa, FePd and FePt are attractive as a new magnetic actuator material. They show a large magnetic-field-induced strain of 3% 9% due to the variant rearrangement. ... Ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs) such as NiMnGa, FePd and FePt are attractive as a new magnetic actuator material. They show a large magnetic-field-induced strain of 3% 9% due to the variant rearrangement. Recently, the present authors have reported that in the Ni-Ga-Fe alloy the martensitic transformationfrom the B2 and/or the L21 structures into a seven-layer or five-layer modulated structure occurs upon cooling. In this alloy system, however, it is impossible to obtain a martensite phase at RT with a Curie temperature (TC) higher than 100 ℃. In this work,the effects of substitution of Co for Ni on the martensitic and magnetic transformations,crystal structures and phase equilibria in Ni-Ga-Fe alloys were studied.Ni-Ga-Fe-Co alloys were prepared by induction melting under an argon atmosphere.Small pieces of specimens were taken from the ingot and homogenized at 1433 K for 24 h followed by quenching in water. The obtained specimens were aged at 773 K for 24 h and then quenched. The compositions of each phase were determined by energy dispersion X-ray spectroscopy (EDX). The martensitic transformation temperatures and TC were measured by differential scanning calorimetry (DSC) and vibrating sample magnetometer (VSM) measurement. The crystal structure of martensite phase was observed by X-ray diffractmeter (XRD) and transmission electron microscope (TEM).The Curie temperature TC was increased with increasing Co content while the martensitic transformation temperature slightly decreased. In the Ni<sup>54-x Ga<sup>27 Fe<sup>19 Cox ,TC increases from 303 K to 408 K with increasing Co content from x=0 to x=6. The crystal structure of the martensite phase and the phase equiribria in the Ni-Fe-Ga-Co alloys will be also presented. 展开更多
关键词 Ni-Ga-Fe-Co铁磁形状记忆合金 磁性转变 马氏体相变 SMA 居里温度
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