形變時(shí)效對FeMnSiCrNi基合金記憶效應(yīng)及回復(fù)應(yīng)力的影響.pdf

1、Fe-Mn-Si系形狀記憶合金由于其原料便宜、強(qiáng)度高、熱機(jī)械加工性好、相變點(diǎn)高、熱滯大，常溫下可進(jìn)行擴(kuò)徑并保存使用，因此，該類記憶合金有著較大的工程使用價(jià)值，近年來受到國內(nèi)外研究者的特別關(guān)注，目前已有在石油、化工以及機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用的報(bào)道。 不經(jīng)特殊處理的多晶Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)較差，可恢復(fù)變形量不高，約2％～3％左右，阻礙了在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。在總結(jié)國內(nèi)外眾多學(xué)者的研究基礎(chǔ)之上，本文提出了一種新的提高Fe

2、-Mn-Si系形狀記憶合金記憶效應(yīng)的構(gòu)想——通過形變時(shí)效的方法控制第二相方向性的析出來提高合金的形狀記憶效應(yīng)，即先形變使合金在時(shí)效前形成有方向的γ/ε界面和層錯(cuò)，再時(shí)效時(shí)使第二相定向析出，由于第二相粒子對奧氏體晶粒的區(qū)域化分割作用和對應(yīng)力誘發(fā)馬氏體長大的阻礙作用，將有可能在這些被第二相分割的區(qū)域內(nèi)獲得薄片狀的應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體，實(shí)現(xiàn)多晶Fe-Mn-Si系記憶合金具有良好形狀記憶效應(yīng)的條件。重點(diǎn)研究了形變時(shí)效以及碳含量對Fe-Mn-Si-C

3、r-Ni系合金中NbC和Cr<,23>C<,6>第二相方向性析出，及其對形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)應(yīng)力的影響，并通過TEM、SEM分析了形變時(shí)效對第二相析出的數(shù)量、大小以及方向性的影響，及其提高合金形狀記憶效應(yīng)及回復(fù)應(yīng)力的機(jī)制。得到的主要結(jié)論如下： 形變時(shí)效既能顯著提高Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金的形狀記憶效應(yīng)，又能提高合金的回復(fù)應(yīng)力。Fe15.2Mn5.01Si8.14Cr4.20Ni0.12C合金的最佳形變時(shí)效工藝參數(shù)為：時(shí)效前

4、10％室溫形變+時(shí)效800℃×180min。經(jīng)此工藝參數(shù)形變時(shí)效后，合金在預(yù)變形5％時(shí)，其形狀回復(fù)率為89％，約束加熱回復(fù)后冷卻到室溫時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)應(yīng)力可達(dá)264Mpa。形變時(shí)效顯著提高Fe-Mn-Si-Cr-Ni基合金形狀記憶效應(yīng)的機(jī)制在于合金形變時(shí)效后定向析出了大量的第二相。這種定向析出的第二相一方面可以強(qiáng)化奧氏體基體，抑制合金的塑性變形；另一方面由于其對奧氏體晶粒的分割和對應(yīng)力誘發(fā)馬氏體長大的阻礙作用，使合金同一晶粒內(nèi)能獲得單一方向

5、薄片狀的應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體變體，從而提高了ε馬氏體的逆轉(zhuǎn)變性。 微觀分析發(fā)現(xiàn)Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C合金形變時(shí)效后析出的第二相數(shù)量更多、粒徑更小，且第二相呈現(xiàn)出較好的方向性。對含C合金進(jìn)行形變后再時(shí)效，基體內(nèi)析出了大量的第二相Cr<,23>C<,6>，其中含碳量為0.12％的合金內(nèi)析出的第二相不但粒徑小、數(shù)量多，且方向性較好；而含碳量為0.18％的合金內(nèi)析出的第二相粒子雖然數(shù)量較多，但尺寸不均勻、粒徑較大，且方形性差。由O

6、rowan機(jī)制可知，Cr<,23>C<,6>數(shù)量的增加和粒徑的減小都有助于奧氏體基體的強(qiáng)化，進(jìn)而提高合金的形狀記憶效應(yīng)及回復(fù)應(yīng)力。 對于添加了Nb元素的Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Nb-C合金，雖然析出的NbC的方向性不如上述Cr<,23>C<,6>明顯，但形變時(shí)效同樣顯著提高了合金的記憶效應(yīng)與回復(fù)應(yīng)力。NbC析出方向性不明顯是由于Nb和C元素的加入較低，第二相析出的數(shù)量較少所致。 上述研究將為開發(fā)少或免訓(xùn)練、可恢復(fù)變