Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金組織和性能的研究.pdf

1、本文在分析了國內(nèi)外對Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金研究成果的基礎上，立足于從提高合金形狀記憶效應、回復應力、降低合金的低溫松弛性能，以及進一步改善合金的耐腐蝕性能出發(fā)，研究了淬火保溫時間、深冷+回火處理、預變形溫度、合金化一時效方式等對合金組織和性能的影響；對合金的低溫松弛性能和耐腐蝕性能及其影響因素做了較為詳細的研究，得到了以下一些有一定創(chuàng)新性的結(jié)果。 在合金中同時加入C和Nb，固溶態(tài)時，由于其固溶強化作用，有助于

2、提高合金的形狀記憶效應和回復應力；時效態(tài)時，由于析出細小的NbC顆粒，大大強化了基體，析出NbC顆粒對1/2<110>全位錯的阻力要大于<112>/6Shockley不全位錯，從而顯著提高合金的形狀記憶效應和回復應力。在合金中加入適量的N(0.1％)，有利于提高合金的形狀記憶效應和回復應力，特別是合金的回復應力，比不含N的合金回復應力提高26％左右。 本文發(fā)現(xiàn)淬火保溫時間對合金形狀記憶效應的有較大的影響。對于Fe-Mn-Si-C

3、r-Ni系形狀記憶合金絲材，在最佳淬火溫度為973K時，通過適當調(diào)整淬火保溫時間可以得到最好的形狀記憶效應，淬火保溫時間為10min時，形狀恢復率最高，η為78％。深冷+回火處理由于有效地調(diào)整了合金內(nèi)部的組態(tài)，其形狀記憶效應比水冷+回火提高15％。 對于不同的合金，變形溫度對形狀恢復率的影響規(guī)律不同。這主要是因為合金本身應力誘發(fā)ε馬氏體的能力不同造成和熱馬氏體交叉穿越的程度不同引起的。本文首次研究了形變時效對合金性能的影響。發(fā)現(xiàn)

4、改變時效方式能夠顯著提高合金的形狀記憶效應和回復應力。形變時效提高合金形狀記憶效應和回復應力的原因主要是，變形后時效的合金在晶粒內(nèi)部形成了大量細小、分布均勻的、有方向性的碳化物，晶界上較少，大大提高了基體強度，抑制了不可逆塑性變形的發(fā)生；而未變形直接時效的合金則與此相反；同時，形變時效大大降低了合金應力誘發(fā)ε馬氏體的臨界應力，有利于應力誘發(fā)ε馬氏體的生成。試驗結(jié)果表明，形變時效的合金形狀恢復率比直接時效的合金高45～135％左右，比最佳

5、淬火溫度的形狀恢復率高5％～24％左右。變形后時效的最大σ<,h>比直接時效的最大σ<,h>高72％左右。變形后時效的最大σ<,r>比直接時效的最大σ<,r>高34％。 合金低溫松弛性能和預變形量有關(guān)，在本試驗范圍內(nèi)，隨著預變形量的增加，低溫松弛率提高，當預變形量為5.5％、7.0％時，應力松弛最為嚴重，變形量再增大，低溫應力松弛率呈下降趨勢；本文首次研究了不同含碳量合金對低溫松弛的影響，發(fā)現(xiàn)析出一定量的碳化物有利于降低合金的低

6、溫松弛率，在本研究成分條件下，高碳量(0.16％c)的合金的低溫回復應力高于低碳(<0.02％C)合金的低溫回復應力，而高碳合金的低溫應力松弛率則低于低碳合金，這是因為，高碳合金能夠析出較多的阻礙馬氏體的形成和長大的碳化物和具有低的Ms點，這兩方面的作用要大于應力誘發(fā)ε馬氏體的驅(qū)動力增加；形變時效在提高合金形狀記憶和回復應力的同時，雖然提高低溫應力松弛率，但影響不大，在低溫下用于管接頭連接是適合的。 提出了降低合金低溫松弛的途徑

7、。通過控制預變形量的大小來控制回復應力的大小，調(diào)整應力誘發(fā)ε馬氏體的驅(qū)動力，來實現(xiàn)降低應力松弛；通過加入碳或強碳化物元素(Ti、Nb、v)以形成碳化物來阻礙ε馬氏體的形成；從熱誘發(fā)ε馬氏體角度出發(fā)，在保證合金有好的形狀記憶效應前提以及實際應用方便的情況下，可以盡量降低合金的Ms點。 本文首次研究了形變時效對合金耐腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)形變時效的合金的耐蝕性能略低于18—8不銹鋼，特別是在堿液中的耐蝕性能和18—8不銹鋼非常相近，可