[發明專利]一種提高鐵錳硅基形狀記憶合金可恢復應變的方法

有效

• 申請號: 201811193767.5
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109182662B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 彭華備;雍立秋;趙興保;王改霞;文玉華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C21D1/00
• 分類號: C21D1/00;C21D6/00;C22C38/06;C22C38/34;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/52;C22C38/58
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本發明公開了一種提高鐵錳硅基形狀記憶合金可恢復應變的方法，屬形狀記憶合金領域。本發明制備的鐵錳硅基形狀記憶合金的可恢復應變不低于6%。具體步驟如下：先將經鍛造或軋制或拉拔的鐵錳硅基形狀記憶合金在1250℃~1310℃處理0.5小時至3小時；隨后以0.1℃每分鐘~10℃每分鐘的速度冷卻至1000℃~1200℃后水冷至室溫。經該方法處理后鐵錳硅基形狀記憶合金的奧氏體晶粒平均尺寸≥500微米。

技術領域

本發明涉及形狀記憶合金領域，具體涉及一種提高鐵錳硅基形狀記憶合金可恢復應變的方法。該方法制備的鐵錳硅基形狀記憶合金的可恢復應變不低于6%。

背景技術

經過變形后，一般金屬材料在無外力作用下是不能恢復至變形前形狀的。但是，形狀記憶合金材料在變形后通過加熱至一定溫度就可讓其恢復至原來的形狀。而這種神奇的現象則被稱為形狀記憶效應。也正是因為形狀記憶合金擁有一般金屬材料不具有的形狀記憶效應和超彈性而成為一類集感知和驅動于一體的新型智能合金。這類合金在航空航天、生物醫學、機械、化工等領域有著廣泛的應用前景。

形狀記憶合金中鎳鈦基合金因其具備優良的記憶效應和超彈性，目前已在多個領域得到實際應用。然而，鎳鈦基合金的加工性能差，導致存在生產效率低和制造成本高的問題。與鎳鈦基合金相比，鐵錳硅基合金具有成本低廉、加工容易和焊接性能好等優點，因此自發現以來便吸引了國內外學者的廣泛研究。單晶鐵錳硅基合金的可恢復應變達到9%，這也是迄今為止該類合金中能達到的最高水平。值得注意的是，實際的工程應用中大量使用的仍是多晶合金。但是，不經特殊處理的變形加工（熱軋、冷軋或冷拉）的多晶鐵錳硅基合金的記憶效應差，可恢復應變僅2％左右，達不到工程應用的要求。目前，訓練（室溫變形加650℃附近退火的反復過程）、700℃附近的奧氏體高溫形變熱處理和熱機械處理這三種方法也僅能將其可恢復應變提高到4~5%。同時，這些處理都存在變形過程，不但增加了制備成本，而且對形狀復雜的元件難以實施。顯然，要推動鐵錳硅基合金的廣泛應用，制備真正意義上的免訓練高可恢復應變鐵錳硅基合金是其亟待解決的問題。

近期，文玉華等人通過鑄造后退火處理的方法制備了拉伸可恢復應變達到7.6%的免訓練鑄造鐵錳硅基合金（Y.H. Wen, et al.. Nature Communications, 2014, 5:4964）。但是，鑄造鐵錳硅基合金與變形加工合金相比存在力學性能差和恢復應力低的問題。因此，如何在免訓練的條件下，在力學性能優良的變形加工合金中獲得高可恢復應變是鐵錳硅基合金目前仍需解決的問題。彭華備等將變形加工Fe-19.38Mn-5.29Si-8.98Cr-4.83Ni（數字代表重量百分比，下同）合金加熱至高溫鐵素體單相區后冷卻，利用高溫鐵素體（體心立方結構，BCC）向奧氏體（面心立方結構，FCC）轉變不僅抑制了退火孿晶的形成，而且在奧氏體中引入大量的堆垛層錯，從而在免訓練條件下顯著提高了變形加工鐵錳硅基合金的形狀記憶效應（H.B. Peng, et al., Metallurgical and Materials TransactionsA, 2016, 7: 3277-3283）。他們的專利ZL201410102165.X也公開了該方法，具體過程是將經鍛造或冷軋或熱軋或冷拉的鐵錳硅基形狀記憶合金在其高溫鐵素體單相區或高溫鐵素體加奧氏體的雙相區保溫10分鐘~3小時后空冷或油冷或水冷，隨后再在500℃~1000℃退火處理5分鐘~2小時。但是，他們也指出變形加工Fe-19.38Mn-5.29Si-8.98Cr-4.83Ni合金在經歷高溫鐵素體向奧氏體轉變后由于奧氏體的晶粒尺寸較小（約110微米），此時的最大可恢復應變也在5%左右（H.B. Peng, et al., Advanced Engineering Materials, 2018,20: 1700741）。因此，如何在免訓練的條件下，在力學性能優良的變形加工鐵錳硅基合金中獲得不低于6%的可恢復應變仍是目前需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種提高鐵錳硅基形狀記憶合金可恢復應變的方法。所制備的鐵錳硅基形狀記憶合金可恢復應變不低于6%。