CN101215678B - 含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 - Google Patents
含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101215678B CN101215678B CN2008100452022A CN200810045202A CN101215678B CN 101215678 B CN101215678 B CN 101215678B CN 2008100452022 A CN2008100452022 A CN 2008100452022A CN 200810045202 A CN200810045202 A CN 200810045202A CN 101215678 B CN101215678 B CN 101215678B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- shape memory
- high temperature
- percent
- exempt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含有高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金及其制备方法。该合金由Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Nb，C和N元素组成，各元素的重量百分比含量为：Mn 12～32％，Si 4～8％，Cr 0～12％，Ni 0～6％，Ti 0～2％，Nb 0～2％，C 0.02～0.25％，N 0.02～0.2％，余为Fe。具体制备方法为将熔炼获得的上述化学成分组成的合金经铸造后再经400℃～1200℃保温15min～60min，水冷或空冷，其特征在于铸态合金的奥氏体基体中存在高温铁素体。用该方法制备的形状记忆合金具有生产工艺简单，形状记忆效应高和成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种铁基形状记忆合金及其制备方法。用该方法制备的形状记忆合金具有生产工艺简单，形状记忆效应高和成本低的优点。
背景技术
形状记忆效应是指变形后的某种材料受热超过一定温度时能全部或部分恢复到原来未变形的形状。具有这种效应的合金称为形状记忆合金，它是一种集感知和驱动于一体的新型功能材料。迄今为止，发现具有形状记忆效应的合金有数十种，但目前具有较好应用价值的形状记忆合金，按成分可分为三大类：①钛镍合金：Ti-Ni；②铜基合金：Cu-Zn-Al，Cu-Al-Ni；③铁基合金：Fe-Mn-Si，Fe-Ni-Co-Ti。
与昂贵的NiTi形状记忆合金相比，FeMnSi基合金因成本低廉、强度高、可焊接和易加工，自1982年发现以来就吸引了国内外众多学者的研究。然而，到目前为止不经特殊处理的多晶FeMnSi基合金的可回复变形量仅1.5～2％(变形量×形状回复率)，不能满足工程应用的要求。目前主要通过以下两种特殊处理的方式来提高多晶FeMnSi基合金的可回复变形量：
(1)热机械循环训练，即进行数次室温4～6％变形加600℃附近中间退火的热机械循环处理，这是目前提高合金形状记忆效应最显著的方法。但这种处理不但增加了制备成本，而且对形状复杂的元件难以实施。因此，难以获得工业化的应用。
(2)变形后时效热处理：ZL03107408.1专利公开了一种添加Nb，C的FeMnSi系形状记忆合金的加工热处理方法，即先将FeMnSi系合金在500～800℃进行10-30％热轧变形后，再在400～1000℃时效使NbC析出，进而提高合金形状记忆效应的加工热处理方法，经过这种处理合金的形状记忆效应达到了热机械循环训练5次后的水平。专利ZL02133699.7公开了一种先将FeMnSi基合金在室温进行5～25％变形后，再在750～950℃时效使在奥氏体晶粒内方向性析出Cr23C6第二相，进而提高合金的形状记忆效应，经过这种处理合金的形状记忆效应也能达到热机械循环训练5次后的水平。但这两种变形后时效处理的实质都是热机械循环训练，只是训练次数减少为1次，而且ZL03107408.1专利还需采用高温变形，对形状复杂的元件仍难以实施，因而都难以获得工业化的应用。
发明内容
本发明的目的就是针对已有技术存在的问题，提供一种利用常规的铸造方法制备免训练形状记忆效应优良的FeMnSi基形状记忆合金的方法。
综合分析目前的研究结果和我们前期的研究(ZL02133699.7)，我们认为FeMnSi基合金具有良好形状记忆效应的条件是应力诱发奥氏体γ→ε马氏体转变以区域化的方式形成，即在一个奥氏体晶粒内形成的ε马氏体分成了若干个区域，而每一个区域中仅存在一种取向或取向占优的马氏体。这样变形时能减少和避免不同取向和不同区域马氏体束的碰撞，确保获得界面移动可逆性高的应力诱发ε马氏体，进而获得优良的形状记忆效应。热机械循环显著提高合金记忆效应的本质正是实现了上述条件——应力诱发ε马氏体以区域化的方式形成。只是为了实现这个条件，它预先在奥氏体晶粒内的不同区域内产生大量均匀分布的堆垛层错，使变形时应力诱发ε马氏体能以这些预先存在的层错为核胚形核和长大。
最近，在我们前期利用形变诱导时效析出第二相区域化奥氏体，并显著提高合金形状记忆效应的基础上(ZL02133699.7)，基于奥氏体不锈钢凝固过程中高温铁素体δ→γ奥氏体固态转变的不完全性，利用残留的高温铁素体δ对奥氏体晶粒区域化分割的作用，见图1(a)，直接实现了FeMnSi基合金具有良好形状记忆效应的条件——应力诱发奥氏体γ→ε马氏体转变以区域化的方式形成，将合金的形状记忆效应显著提高。
本发明是一种含有高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金，它是至少含有Fe、Mn、Si作为主要化学成分的FeMnSi系形状记忆合金，各元素的重量百分比含量为：Mn 12～32％，Si 4～8％，Cr 0～12％，Ni 0～6％，Ti 0～2％，Nb 0～2％，C 0.02～0.25％，N 0.02～0.2％，余为Fe，组织特征是在奥氏体基体中存在高温铁素体δ。
本发明是基于奥氏体不锈钢凝固过程中高温铁素体δ→γ奥氏体固态转变的不完全性，利用未转变的残留高温铁素体δ对奥氏体晶粒区域化分割的作用来直接实现FeMnSi基合金具有良好形状记忆效应的条件。因为合金中的化学成分按公式Creq＝Cr+1.5Si+2Nb+3Ti和Nieq＝Ni+0.31Mn+22C+14.2N(元素代表所加入元素的重量百分数)转化为铬当量Creq和镍当量Nieq后的比值Creq/Nieq＜1.25时，合金的凝固模式是液相L→L+γ→γ，室温下是单相的奥氏体γ，没有高温铁素体δ；当Creq/Nieq满足1.25＜Creq/Nieq＜1.48时，合金的凝固模式是液相L→L+γ→L+γ+δ→γ+δ；当Creq/Nieq满足1.48＜Creq/Nieq＜1.95，合金的凝固模式是液相L→L+δ→L+γ+δ→γ+δ；当Creq/Nieq满足Creq/Nieq＞1.95，合金的凝固模式是L→L+δ→δ→γ+δ。因此为了保证合金经过铸造后室温残留有高温δ铁素体，Creq/Nieq必须大于1.25，这是本发明专利与目前技术的最大不同。目前Fe基形状记忆合金进行成分设计时，都是基于获得单相的奥氏体基体，所以都要经过高温的奥氏体化处理。前述ZL03107408.1和ZL02132907.9专利就是基于这一原则。
为了获得较佳的形状记忆效应，高温δ铁素体的体积百分含量应控制在0.2～5％以内。δ铁素体含量低于1％时，对奥氏体晶粒的区域化分割不明显，对形状记忆效应的提高不显著；但δ铁素体含量大于2.5％后，铁素体含量的增加会减少应力诱发ε马氏体的数量，对合金的形状记忆效应也不利。当高温δ铁素体的含量在1～2.5％时，铁素体的形貌呈板条状时，对奥氏体晶粒的区域化分割最有效，对合金形状记忆效应的提高最显著，此时，Creq/Nieq的比值满足1.55＜Creq/Nieq＜2.0。
另外，为了为消除铸造应力和微观的成分偏析，合金一般要进行400℃～1200℃温度范围的去应力退火和均匀化的热处理。但温度过高，会导致高温铁素体δ的分解，减弱对奥氏体的区域化分割作用。因此，为了保证残留的高温铁素体δ对奥氏体晶粒区域化分割的作用，较佳的热处理温度在500℃～1000℃之间。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)是目前真正意义上的免训练高可回复变形量的FeMnSi基合金，且利用常规的铸造方法即可实现。因此具有工艺简单，制备成本便宜的优点。
2)在δ+γ两相组织中获得了优良的形状记忆效应，打破了只有在奥氏体γ单相组织中才能获得优良形状记忆效应的传统观念。因此本发明为开发免训练高可回复变形量的新型FeMnSi基合金提供了一种全新的研究思路和制备技术。
附图说明
图1是不同热处理状态的铸造合金的金相显微组织图。图中的(a)是铸态的金相，(b)是700℃×30min水冷的，(c)是1000℃×30min水冷的，其中的黑色组织为高温铁素体。
图2是铸态合金的X-Ray衍射谱。说明奥氏体基体中存在高温铁素体δ相。
图3是不同热处理状态的铸造合金的磁化曲线。说明随热处理温度的提高，部分高温铁素体会发生分解。
具体实施方式
下面给出实施例，以对本发明作进一步说明。
实施例1～9
将熔炼获得由化学成分Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Nb，C和N元素组成的合金铸造后，铸态合金再经400℃～1200℃保温15min～60min，水冷或空冷。采用拉伸变形的方法分别测试铸态和不同温度处理后的形状记忆效应；采用铁素体测量仪器进行高温铁素体含量的测定。测量结果见附表。为了比较本发明的效果，附表中还给出了ZL03107408.1专利公开的Fe28Mn6Si5Cr合金分别经过热机械循环训练5次后(比较例1)和变形后时效(比较例2)的形状记忆效应。表中的数据清楚地表明：本发明合金的形状记忆效应不仅达到了目前经过热机械循环训练5次后和变形后时效的水平，有的合金的形状记忆效应还略高于这个水平。
为了验证高温铁素体的存在，并了解铁素体的形貌和含量对合金形状记忆效应的影响，本发明对实施例5不同状态的样品进行了金相组织的观察，采用X-Ray衍射分析方法对物相进行了表征，通过振动样品磁强计VSM分析了磁学性能。图1中的(a)是铸态的金相，(b)是700℃×30min水冷，(c)是1000℃×30min水冷，其中的黑色组织为高温铁素体；图2给出了铸态的X-Ray衍射谱，证实了高温铁素体的存在；图3给出了铸态的，700℃×30min水冷的和1000℃×30min水冷的磁化曲线，也证实了高温铁素体的存在，同时还表明随热处理温度的提高，部分高温铁素体会发生分解，这与高温铁素体含量的测定是一致的。
| 实 施 例 | 比较例1 | 比较例2 | ||||||||||
| 序 号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |||
| 化学成分(重量百分比) | Mn | 32 | 28 | 19 | 16 | 14 | 14 | 19 | 14 | 16 | 28 | 28 |
| Si | 6 | 6.5 | 5.5 | 5 | 5 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| Cr | / | 5 | 10 | 9 | 8 | 9 | 9 | 9 | 12 | 5 | 5 | |
| Ni | / | / | 5 | 4 | 4 | 4 | 5 | 4 | 5 | / | / | |
| Ti | 1.5 | / | 0.55 | / | 0.05 | / | / | / | / | / | / | |
| Nb | / | 1.5 | / | 0.55 | / | / | / | / | / | / | / | |
| C | 0.03 | 0.2 | 0.1 | 0.06 | 0.03 | 0.16 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | / | / | |
| N | / | / | / | / | / | / | 0.06 | 0.16 | / | / | / | |
| Fe | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | Bal. | |
| 实 施 例 | 比较例1 | 比较例2 | ||||||||||
| Cr<sub>eq</sub>/Ni<sub>eq</sub> | 1.27 | 1.36 | 1.52 | 1.71 | 1.74 | 1.52 | 1.48 | 1.63 | 2.02 | 经过5次热机械循环训练5次后5％拉伸变形时的形状记忆效应为84％ | 经过600℃轧制变形后，再于800℃时效10分钟后，5％拉伸变形时的形状记忆效应为84％ | |
| 形状记忆效应(5％拉伸变形) | 铸态 | 45％ | 51％ | 66％ | 74％ | 72％ | 68％ | 72％ | 75％ | 40％ | ||
| 500℃×30min水冷 | 67％ | 72％ | 75％ | 81％ | 80％ | 82％ | 80％ | 86％ | 62％ | |||
| 700℃×15min水冷 | 73％ | 78％ | 80％ | 86％ | 86％ | 85％ | 86％ | 89％ | 71％ | |||
| 700℃×30min水冷 | 77％ | 80％ | 83％ | 88％ | 90％ | 86％ | 87％ | 89％ | 76％ | |||
| 700℃×60min水冷 | 72％ | 81％ | 79％ | 85％ | 87％ | 80％ | 83％ | 84％ | 70％ | |||
| 700℃×30min空冷 | 74％ | 79％ | 82％ | 87％ | 88％ | 86％ | 85％ | 86％ | 72％ | |||
| 900℃×30min水冷 | 64％ | 65％ | 69％ | 78％ | 80％ | 73％ | 76％ | 80％ | 65％ | |||
| 1000℃×30min水冷 | 50％ | 52％ | 60％ | 69％ | 71％ | 62％ | 65％ | 69％ | 48％ | |||
| 铁素体含量 | 铸态 | 0.5％ | 0.6 | 1.1％ | 1.6％ | 1.6％ | 1.0％ | 1.2％ | 1.5％ | 2.5％ | ||
| 400℃×30min水冷 | 0.5％ | 0.6 | 1.0％ | 1.6％ | 1.6％ | 1.0％ | 1.0％ | 1.5％ | 2.5％ | |||
| 700℃×30min水冷 | 0.4％ | 0.5 | 0.8％ | 1.3％ | 1.3％ | 0.9％ | 0.9％ | 1.4％ | 2.0％ | |||
| 900℃×30min水冷 | 0.3％ | 0.4 | 0.7％ | 1.1％ | 1.1％ | 0.8％ | 0.8％ | 1.2％ | 1.8％ | |||
| 1000℃×30min水冷 | 0.2％ | 0.3 | 0.6％ | 0.8％ | 0.9％ | 0.7％ | 0.6％ | 1.0％ | 1.6％ | |||
Claims (6)
1.一种免训练铁基形状记忆合金，该合金由Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Nb，C和N元素组成，其特征在于合金的奥氏体基体中存在高温铁素体，各元素的重量百分比含量为：Mn 12～32％，Si 4～8％，Cr 0～12％，Ni 0～6％，Ti 0～2％，Nb 0～2％，C 0.02～0.25％，N 0.02～0.2％，余为Fe；所述免训练铁基形状记忆合金的制备方法为：将熔炼获得由化学成分Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti、Nb，C和N元素组成的合金经铸造后，铸态合金再经400℃～1200℃保温15min～60min，水冷或空冷，合金的化学成分按公式Creq＝Cr+1.5Si+2Nb+3Ti和Nieq＝Ni+0.31Mn+22C+14.2N转化为铬当量Creq和镍当量Nieq后的比值Creq/Nieq＞1.25。
2.根据权利要求1所述的免训练铁基形状记忆合金，其特征在于合金的铬当量Creq和镍当量Nieq的比值满足1.55＜Creq/Nieq＜2.0。
3.根据权利要求1所述的免训练铁基形状记忆合金，其特征在于铸态合金在500℃～1000℃保温15min～60min，水冷或空冷。
4.根据权利要求1或2所述的免训练铁基形状记忆合金，其特征在于高温铁素体的含量在0.5～5％。
5.根据权利要求4所述的免训练铁基形状记忆合金，其特征在于高温铁素体的含量在1～2.5％。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的免训练铁基形状记忆合金，其特征在于高温铁素体的形貌是板条状。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100452022A CN101215678B (zh) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100452022A CN101215678B (zh) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101215678A CN101215678A (zh) | 2008-07-09 |
| CN101215678B true CN101215678B (zh) | 2010-06-09 |
Family
ID=39622184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100452022A Expired - Fee Related CN101215678B (zh) | 2008-01-17 | 2008-01-17 | 含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101215678B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146733A1 (de) | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Eisenbasierte formgedächtnislegierung |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102796954B (zh) * | 2012-09-08 | 2013-10-23 | 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 | 一种低锰铁基形状记忆合金 |
| CN102796951B (zh) * | 2012-09-10 | 2013-09-04 | 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 | 一种高锰铁基形状记忆合金 |
| CN103773933B (zh) * | 2014-01-21 | 2016-06-08 | 四川大学 | 一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法 |
| CN103866211B (zh) * | 2014-03-19 | 2015-09-23 | 四川大学 | 一种制备免训练铁锰硅基形状记忆合金的方法 |
| CN103966529B (zh) * | 2014-05-09 | 2016-01-20 | 曹帅 | 一种高阻尼Mn-Fe基减振合金及其制备方法 |
| CN109477175B (zh) * | 2016-09-06 | 2021-02-12 | 国立大学法人东北大学 | Fe基形状记忆合金材料及其制造方法 |
| CN107699669B (zh) * | 2017-09-21 | 2019-06-25 | 四川大学 | 一种高温氧化制备磁性铁锰硅基形状记忆合金的方法 |
| CN107699667B (zh) * | 2017-09-21 | 2019-06-28 | 四川大学 | 一种制备磁性铁锰硅基形状记忆合金的方法 |
| CN107937836B (zh) * | 2017-12-06 | 2019-08-09 | 成都创客之家科技有限公司 | 一种具有形状记忆功能的不锈钢材料及其制备方法 |
| CN108004484B (zh) * | 2017-12-06 | 2019-09-10 | 新日鑫金属材料（深圳）有限公司 | 一种具有形状记忆功能的不锈钢材料的制备方法 |
| CN108411213B (zh) * | 2018-04-02 | 2019-11-15 | 四川大学 | 一种提高FeMnAl合金形状记忆性能的方法 |
| CN112853230B (zh) * | 2021-01-08 | 2022-03-18 | 西北工业大学 | 一种低层错能面心立方结构高熵形状记忆合金及其制备方法 |
| CN114774805A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-07-22 | 沈阳大学 | 一种记忆型双相不锈钢及其制备 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1288974A (zh) * | 2000-10-26 | 2001-03-28 | 上海交通大学 | 含Cr和N铁锰硅基形状记忆合金及其训练方法 |
-
2008
- 2008-01-17 CN CN2008100452022A patent/CN101215678B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1288974A (zh) * | 2000-10-26 | 2001-03-28 | 上海交通大学 | 含Cr和N铁锰硅基形状记忆合金及其训练方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014146733A1 (de) | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Eisenbasierte formgedächtnislegierung |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101215678A (zh) | 2008-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101215678B (zh) | 含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金 | |
| CN103866211B (zh) | 一种制备免训练铁锰硅基形状记忆合金的方法 | |
| CN102994905B (zh) | 一种含Nb的微/纳结构超高强塑性不锈钢的制备方法 | |
| JP5217576B2 (ja) | 耐熱部品用オーステナイト系ステンレス鋼及びこれを用いた耐熱部品 | |
| KR101140651B1 (ko) | 크리프 저항성이 우수한 고크롬 페라이트/마르텐사이트 강 및 이의 제조방법 | |
| WO2016136888A1 (ja) | フェライト系耐熱鋼とその製造方法 | |
| CN103103438B (zh) | 一种高强度高塑性中锰冷轧钢板及其制造方法 | |
| CN104451408B (zh) | 一种中碳超高强贝氏体钢及其制备方法 | |
| CN103773933B (zh) | 一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法 | |
| Lechartier et al. | Deformation behavior of lean duplex stainless steels with strain induced martensitic transformation: role of deformation mechanisms, alloy chemistry and predeformation | |
| CN103409689A (zh) | 一种稀土处理的铁路辙叉专用贝氏体/马氏体钢 | |
| CN110408861A (zh) | 一种具较低Mn含量的冷轧高强塑积中锰钢及其制备方法 | |
| CN104451086A (zh) | 蒸汽涡轮用转子的制造方法 | |
| CN101146917A (zh) | 马氏体类不锈钢的制造方法 | |
| CN106566952A (zh) | 一种核电性能优良的耐高温锻件及其生产方法 | |
| JPH0382741A (ja) | 耐応力腐食割れ性に優れた形状記憶ステンレス鋼およびその形状記憶方法 | |
| KR101639889B1 (ko) | 티타늄 함유 고온 구조용 강 및 그의 제조방법 | |
| CN109457091B (zh) | 一种制备粗晶铁锰硅基形状记忆合金的方法 | |
| CN114507823B (zh) | 一种超高强度无磁高锰钢及其制备方法 | |
| RU2352680C1 (ru) | Ферритная коррозионно-стойкая сталь | |
| Kim et al. | Effects of tempering temperature on microstructure and tensile properties of Fe–12Mn steel | |
| CN103290326A (zh) | 一种高强度导磁钢板及其生产方法 | |
| KR101783107B1 (ko) | 오스테나이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 갖는 스테인리스강 | |
| CN109536686A (zh) | 一种铌微合金化中锰trip钢的制备方法 | |
| Putatunda et al. | Development of an austenitic structural steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100609 Termination date: 20180117 |