[發明專利]一種高錳鐵基形狀記憶合金

無效

• 申請號: 201210331068.9
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102796951A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 李曉薇;劉光磊;張志敏;司松海;趙羅根
• 申請（專利權）人: 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C22C38/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于記憶合金領域，特指一種高錳鐵基形狀記憶合金。

背景技術

鐵基形狀記憶合金是繼鎳鈦形狀記憶合金、銅基形狀記憶合金之后開發的第3代形狀記憶合金材料。相對于Ni-Ti基與Cu基記憶合金，Fe基形狀記憶合金以其原料成本低廉、易于加工制造、便于常溫貯運、力學性能優異等特點，已在石油、機械、化工等行業得到廣泛應用，成為目前的研究熱點。鐵基形狀記憶合金主要包括Fe-Mn-Co-Ti系、Fe-Pt系、?Fe-Pd系、Fe-Mn-Si系、Fe-Ni-C系。其中Fe-Mn-Si系合金有較好的形狀記憶效應和良好的加工性能被認為最有前途。Fe-Mn-Si系合金近十年來的研究，雖已取得顯著進展，研制出多種成分的合金，可以用于管接頭等一次性形狀記憶零件，但仍是一種不夠成熟的材料。近年來研究結果發現此類合金能達到的完全回復應變均小于2％(回復率大于90％)。若預應變大于2％，隨預應變量增大，回復后殘留應變率增大，普遍存在著形狀記憶不完全性。所以目前的主要目標，仍是合金成分的優化設計，盡可能提高形狀記憶回復率。本發明旨在通過研究合金成分對鐵基形狀記憶合金的影響而指導其在生產方面的應用。本發明開發出一種高錳鐵基形狀記憶合金。

發明內容

本發明開發出一種高錳鐵基形狀記憶合金，其特征為：Mn?25wt%，Si?3~5wt%，Ni?5wt%，C?0.1wt%，復合稀土添加劑0.4~1.0?wt%，其余為Fe。復合稀土添加劑成分為：Ce?18～27wt％、Tb?8～14wt％、Y?4～8wt％、Pr?3～6wt％、La?+?Sc?+?Eu?+Gd?+?Nd?+Ho?+Er?+Tm?+Lu為10～20wt%，Zr?2～6wt%、Ti?2～5wt%，余為鐵。合金配制后在中頻感應電爐中進行熔化，當合金液溫度達到1560~1580℃時，保溫靜置3~4分鐘，當合金液溫度為1530~1550℃時，扒渣后澆注成Φ80×150mm的鑄錠。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進行退火，目的是消除在鑄造冷卻過程中由于各處冷卻條件不均造成的內應力，避免在后續的熱加工過程中開裂，退火溫度為1080℃~1120℃，時間為24h，退火后進行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000~800℃，鍛打成10mm×80mm×90mm，然后將進行線切割，切割成1mm×10mm×90mm的試樣。將切割好的試樣采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復率，得到如圖1所示的結果。

合金元素Mn在鋼中的作用是使γ區擴展，與γ-Fe形成無限固溶體，與α-Fe形成有限固溶體。當錳含量達到25%時，合金組織中有少量的堆疊層錯和ε馬氏體存在，這些堆疊層錯和ε馬氏體片可以作為應力誘發馬氏體相變的形核中心，省卻了層錯堆疊這一步驟，外加應力起的作用是使已經存在的堆疊層錯和ε馬氏體的生長，所以只需要很小的應力就能產生相當多的應力誘發ε馬氏體。而且，由于預存ε馬氏體和層錯是分散分布的，他們之間的碰撞很少，在不產生交割的情況下生長的可能性相當大。所以應力誘發馬氏體的逆轉變ε→γ更加容易和徹底。因此合金具有良好的形狀記憶回復率。

元素Si在鐵基形狀記憶合金中起著重要作用，這是因為，元素Si的多少直接關系到該系合金的層錯能的大小。眾所周知，鐵基形狀記憶合金是低層錯能合金，把存在晶體內部的層錯缺陷作為應力誘發馬氏體相變形核的中心，是形狀記憶效應的前提，所以層錯能越低，誘發相變所需的應力就越小，形狀記憶回復率也就越好。

圖1為高錳鐵基形狀記憶合金中含Si量分別為3%、4%、5%的3#、4#、24#合金在不同的應變量下的形狀記憶回復率。從圖1可以看出隨Si量的增加，合金形狀記憶回復率明顯提高。另外，還要考慮Si對Fe-Mn-Si-Ni-C機械性能的影響，Fe-Mn-Si-Ni-C形狀記憶合金在Si含量不高于5%時，塑性很好，在鍛打以后無任何缺陷，超過這一界限，在鍛打過程中合金會出現裂紋，且隨Si含量的增加而明顯惡化。在含5.5%Si的合金中，有鑄錠出現裂紋，并深入鍛打后形成的薄板中央15mm處，這主要是由于Si含量的提高，在合金中產生Fe₃Si金屬間化合物，加工性能急劇惡化，限制了其開發應用。Si能提高母相奧氏體的屈服強度，同時強烈降低奧氏體的層錯能，在Fe-Mn-Si-Ni-C形狀記憶合金中考慮其綜合性能，Si含量應該控制在3%~5%之間。