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(guó)內(nèi)外對(duì)Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形狀記憶合金研究成果的基礎(chǔ)上，立足于從提高合金形狀記憶效應(yīng)、回復(fù)應(yīng)力、降低合金的低溫松弛性能，以及進(jìn)一步改善合金的耐腐蝕性能出發(fā)，研究了淬火保溫時(shí)間、深冷+回火處理、預(yù)變形溫度、合金化一時(shí)效方式等對(duì)合金組織和性能的影響；對(duì)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(xì)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(shí)加入C和Nb，固溶態(tài)時(shí)，由于其固溶強(qiáng)化作用，有助于

2、提高合金的形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)應(yīng)力；時(shí)效態(tài)時(shí)，由于析出細(xì)小的NbC顆粒，大大強(qiáng)化了基體，析出NbC顆粒對(duì)1/2<110>全位錯(cuò)的阻力要大于<112>/6Shockley不全位錯(cuò)，從而顯著提高合金的形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)應(yīng)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(yīng)和回復(fù)應(yīng)力，特別是合金的回復(fù)應(yīng)力，比不含N的合金回復(fù)應(yīng)力提高26％左右。 本文發(fā)現(xiàn)淬火保溫時(shí)間對(duì)合金形狀記憶效應(yīng)的有較大的影響。對(duì)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(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整淬火保溫時(shí)間可以得到最好的形狀記憶效應(yīng)，淬火保溫時(shí)間為10min時(shí)，形狀恢復(fù)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(yīng)比水冷+回火提高15％。 對(duì)于不同的合金，變形溫度對(duì)形狀恢復(fù)率的影響規(guī)律不同。這主要是因?yàn)楹辖鸨旧響?yīng)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(shí)效對(duì)合金性能的影響。發(fā)現(xiàn)

4、改變時(shí)效方式能夠顯著提高合金的形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)應(yīng)力。形變時(shí)效提高合金形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)應(yīng)力的原因主要是，變形后時(shí)效的合金在晶粒內(nèi)部形成了大量細(xì)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(qiáng)度，抑制了不可逆塑性變形的發(fā)生；而未變形直接時(shí)效的合金則與此相反；同時(shí)，形變時(shí)效大大降低了合金應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體的臨界應(yīng)力，有利于應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體的生成。試驗(yàn)結(jié)果表明，形變時(shí)效的合金形狀恢復(fù)率比直接時(shí)效的合金高45～135％左右，比最佳

5、淬火溫度的形狀恢復(fù)率高5％～24％左右。變形后時(shí)效的最大σ<,h>比直接時(shí)效的最大σ<,h>高72％左右。變形后時(shí)效的最大σ<,r>比直接時(shí)效的最大σ<,r>高34％。 合金低溫松弛性能和預(yù)變形量有關(guān)，在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著預(yù)變形量的增加，低溫松弛率提高，當(dāng)預(yù)變形量為5.5％、7.0％時(shí)，應(yīng)力松弛最為嚴(yán)重，變形量再增大，低溫應(yīng)力松弛率呈下降趨勢(shì)；本文首次研究了不同含碳量合金對(duì)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(fù)應(yīng)力高于低碳(<0.02％C)合金的低溫回復(fù)應(yīng)力，而高碳合金的低溫應(yīng)力松弛率則低于低碳合金，這是因?yàn)?，高碳合金能夠析出較多的阻礙馬氏體的形成和長(zhǎng)大的碳化物和具有低的Ms點(diǎn)，這兩方面的作用要大于應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體的驅(qū)動(dòng)力增加；形變時(shí)效在提高合金形狀記憶和回復(fù)應(yīng)力的同時(shí)，雖然提高低溫應(yīng)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(guò)控制預(yù)變形量的大小來(lái)控制回復(fù)應(yīng)力的大小，調(diào)整應(yīng)力誘發(fā)ε馬氏體的驅(qū)動(dòng)力，來(lái)實(shí)現(xiàn)降低應(yīng)力松弛；通過(guò)加入碳或強(qiáng)碳化物元素(Ti、Nb、v)以形成碳化物來(lái)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(yīng)前提以及實(shí)際應(yīng)用方便的情況下，可以盡量降低合金的Ms點(diǎn)。 本文首次研究了形變時(shí)效對(duì)合金耐腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)形變時(shí)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