含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金及其訓練方法
2023-05-25 01:26:46 3
專利名稱：含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金及其訓練方法
技術領域：
本發明涉及的一種形狀記憶合金，特別是一種含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金及其訓練方法。屬於冶金類領域。
發現鐵基單晶Fe-30Mn-1Si具有形狀記憶效應的20多年以來，多種成分的鐵基形狀記憶合金，正在逐步進入實際應用階段。CN1064507A專利是一種低鎳鉻的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金，雖然通過訓練提高形狀記憶合金的恢復率，但需進行三次訓練，才能獲得100％形狀恢復率。經文獻檢索，未見到與本發明材料有相同或相似的組成成分，亦未有隻需一次到二次訓練，就可達到100％的形狀恢復率的優良性能有關報導。
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金及其訓練方法。
本發明的技術方案和實施例介紹如下鐵基形狀記憶合金的形狀記憶機制是由於不全位錯滑移產生的γ(fcc)→ε(hcp)的應力誘發馬氏體相變及其逆相變。根據這裡所公開的材料形狀記憶效應機制的背景，Fe-Mn-Si合金有很低的層錯能(幾mJ/m2數量級)，所以1/2110全位錯在{111}fcc面內分解為二個1/6112不全位錯，其間是層錯。在這類合金中，ε(hcp)馬氏體可以通過每隔一層的{111}面上這些Shockley不全位錯的滑移及層錯擴展並堆垛而成。這一相變可以在合金從奧氏體狀態淬火到低於Ms(例如0℃左右)的溫度時發生，即所謂熱誘發馬氏體(TIM)相變，或者當它在高於Ms但低於Md的溫度被變形時發生，既所謂應力誘發馬氏體(SIM)相變。這種材料的形狀記憶效應是採用第二種方式實現的，在室溫下的奧氏體狀態下應變(或變形)以產生SIM，然後加熱到高於Af的溫度(例如大約600℃)，通過Shockley不全位錯的逆向運動(或滑移)或者以前形成的層錯收縮，而發生向奧氏體狀態的逆轉變。與此同時，樣品的形狀回復到變形以前(奧氏體狀態)的形狀。其形變過程可分成三個階段第一階段為彈性形變，第二階段發生ε馬氏體相變，第三階段將產生塑性變形。訓練可使母相奧氏體的強度提高，擴大馬氏體相變階段的可恢復形變量，從而提高合金記憶效應。合金化同樣可使基體強度提高，以達到擴大馬氏體相變階段的作用。本發明只需要最少次數的反覆訓練強化母相奧氏體基體來增加第二階段的可恢復應變量從而改善其形狀記憶效應。同時，適當的基體強化元素合金化是從根本上提高所得合金的形狀記憶效應的另一途徑。所得合金具有優異的形狀記憶特性，僅用一次(或者由於成分不同，也許二次)予應變量為3.0～3.5％的熱機械訓練後就顯示了100％的記憶恢復率。本發明在原30％Mn,6％Si，餘量為Fe的鐵基形狀記憶合金基礎上，加入適量的Cr和N，配比成分為20-30％Mn,5-6％Si,2-5％Cr,0.10-0.16％N和餘量為Fe組成的新型鐵基形狀記憶合金，既可提高原合金的耐蝕性能，又獲得了僅需一次或二次訓練，就可達100％的形狀恢復率。訓練是在室溫下以予應變3.0％或3.5％對試樣進行拉伸變形，然後加熱各試樣至大約600℃並在此溫度下保溫約10分鐘後冷卻。如果必要，上述過程可反覆進行。
實施例本合金系列對以下三種合金含量配置，均可達到所提供的技術指標。
1．20％Mn,5.5％Si,5％Cr,0.16％N，餘量為Fe。其效應為3％預應變，一次訓練，100％恢復率。
2．25％Mn,5％Si,5％Cr,0.13％N，餘量為Fe。其效應為3％預應變，一次訓練，100％恢復率。
3．30％Mn,6％Si,2％Cr,0.10％N，餘量為Fe。其效應為3％預應變，二次訓練，100％恢復率。
本發明具有實質性特點和顯著進步，該合金成本低，強度高，加工性能好，並具有良好的耐蝕性能。其最主要的特徵是僅需一至二次訓練，就可達到100％的形狀恢復率，適合於製作水管和油管接頭，緊固件，連接件等部件，可在各種工業和民用領域中廣泛應用。本合金製成的水管接頭至少耐靜水壓至5Mpa無滲漏，通過改進設計，可耐壓達50Mpa，並承受0-30Mpa交變水壓50萬次以上無滲漏。在酸性或鹼性介質中的耐腐蝕性能和耐晶間腐蝕性能均優於不鏽鋼。
權利要求
1.一種含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金，主要包括Fe、Mn和Si，其特徵在於該合金配比成分為20-30％Mn,5-6％Si,2-5％Cr,0.10-0.16％N和餘量為Fe。
2.一種含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金的訓練方法，其特徵在於訓練是在室溫下以予應變3.0％或3.5％對試樣進行拉伸變形，然後加熱各試樣至大約600℃並在此溫度下保溫約10分鐘後冷卻，僅需一至二次訓練，就可達到100％形狀恢復率。
全文摘要
含Cr和N鐵錳矽基形狀記憶合金及其訓練方法,配比成分為20—30%Mn,5—6%Si,2—5%Cr,0.10－0.16%N和餘量為Fe。訓練是在室溫下以預應變3.0%或3.5%對試樣進行拉伸變形,然後加熱各試樣至大約600℃並在此溫度下保溫約10分鐘後冷卻,其特徵是僅需一次至二次訓練,就可達到100%形狀恢復率。
文檔編號C21D6/00GK1288974SQ00125769
公開日2001年3月28日 申請日期2000年10月26日 優先權日2000年10月26日
發明者徐祖耀, 陳世樸, 萬見峰, 郭正洪, 張驥華, 戎詠華 申請人:上海交通大學