一种取向铁基形状记忆合金及其制备方法技术

一种取向铁基形状记忆合金及其制备方法。本发明专利技术涉及新型金属功能材料领域，具体涉及一种取向铁基形状记忆合金及其制备方法。本发明专利技术是为了解决现有铁基形状记忆合金形状记忆能力差、回复力低和强度低的问题。产品：合金成分及其质量百分含量为：10％～20％的Mn、5.0％～7.0％的Si、6.0％～7.5％的Cr、0.5％～1.0％的Cu、不大于0.02％的C和余量的Fe。方法：一、将A3钢、电解锰、硅铁和铬铁置于中频感应电炉熔炼，然后铸造成型；二、采用线切割方法进行机械加工；三、先退火后进行压缩变形，变形后再退火，得到取向铁基形状记忆合金。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型金属功能材料领域，具体涉及一种取向铁基形状记忆合金及其制 备方法。
技术介绍
目前，已经开发出的铁基形状记忆合金主要通过合金化的手段，改善材料的形状 记忆回复率和力学性能。铁基形状记忆合金的形状记忆效应由马氏体相变产生，即在一定 应力条件下发生奥氏体相转变为马氏体相，相变导致晶格的特定原子层发生小于一个原子 间距的切变移动，这种原子层切变叠加的结果形成宏观的塑性变形。在马氏体相变温度附 近，发生逆相变，形变马氏体转变为奥氏体，材料恢复到原来的形状。目前已开发出的铁基 形状记忆合金普遍存在的问题在于，合金形状回复率偏低，材料力学性能不稳定及抗腐蚀 性能较差。FeMnSi系列形状记忆合金是开发最彻底，技术最成熟的铁基形状记忆合金，这类 合金通常的形状记忆回复率不超过10%，难以满足工业需要，为了进一步提高形状记忆性 能，需提高合金中锰的含量，材料中锰达到12at% -32at%。过高锰使材料的抗腐蚀性能受 到不良影响，为改善材料的抗氧化腐蚀性能，铬，镍等元素被加入到最新开发的FeMnSi系 列合金中；提高铁基形状记忆合金的另外方法包括，机械训练和铸态组织退火。通过机械训 练能使得合金中阻碍马氏体相变的因素在反复的变形中消弱，而合金退火主要是为了将低 材料内部的晶体结构缺陷和残余应力。目前开发的铁基形状记忆合金为了提高形状记忆性 能，需要保持铸态或地位错密度塑性变形组织特征，合金组织缺陷较多，强度、硬度偏低。为 了提高材料的强度和回复力，近年来合金中加入了少量C元素。C元素可能对马氏体相变过 程不利影响，C元素的含量在合金中要受到比较严格的限制，通常C含量不超过0. 2at% . 以上通过合金化方法开发出来的不同成分FeMnSi系列形状记忆合金往往在克服一种性能 缺陷的同时，又弱化了其他材料性能，均没有达到形状记忆性能、力学性能及抗腐蚀性能的 整体提商。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有铁基形状记忆合金形状记忆能力差、回复力低和强度低的 问题，而提供了。 本专利技术的一种取向铁基形状记忆合金的合金成分及其质量百分含量为：10%? 20% 的 Μη、5· 0%?7. 0% 的 Si、6. 0%?7. 5% 的 Cr、0. 5%?L 0% 的 Cu、不大于 0· 02% 的 C和余量的Fe。 本专利技术的一种取向铁基形状记忆合金的制备方法按以下步骤进行： 一、将A3钢、电解锰、75硅铁和铬铁置于中频感应电炉熔炼，熔炼温度为1350? 1450°C，并在温度为1350?1450°C下保温5min?lOmin，然后采用粘土砂型或水玻璃砂型 铸造成型，铸件出模温度不高于200°C，得到铸态铁基形状记忆合金；所述的A3钢与电解锰 的质量比为100 : (21?25);所述的A3钢与75硅铁的质量比为100 : (10?14);所述的A3 钢与铬铁的质量比为100 : (15?19); 二、将步骤一得到的铸态铁基形状记忆合金采用线切割方法进行机械加工，得到 毛坯件； 三、将步骤二得到的毛坯件用电热处理炉对进行退火，退火温度为400?500°C， 退火时间为8h?12h，然后用压力机对退火后的毛坯件进行压缩变形，变形率15%?30%， 变形速率不超过5mm/s，变形后再进行退火，退火温度为600?800°C，退火时间为2h?3h， 得到取向铁基形状记忆合金。 本专利技术的有益效果： 本专利技术为了达到FeMnSi系铁基形状记忆合金性能的综合提高，而采取了一套新 的铁基形状记忆合金制备方法，利用铸造方法合成铁基形状记忆合金，形成铸态组织，然后 通过退火消除铸造残余应力，使合金组织成分均匀化，再采用压力机对其进行压缩变形，得 到稳定明显的变形织构，然后再进行一次退火处理，退火后布氏硬度不高于HB46,退火后的 铁基形状记忆合金，其性能出现各向异性，在合金成分优化的基础上，重点通过改进合金的 组织结构形态，形成具有定向性能增强型组织结构，这种组织结构可使铁基形状记忆合金 的形状记忆能力、回复力和强度得到增强。 本专利技术的铁基形状记忆合金的突出特点是：记忆效应的取向性和优良的扭转变形 记忆效应，对于制作弹簧形形状记忆合金零件具有优势，在个别的方向上，材料的形状记忆 能力消失了，而在其他方向上，形状记忆能力加强了。在失去形状记忆能力的方向上，材料 变成了脆性材料，不适合变形，但材料的强度和硬度提高了，适合做高强度基底材料，因此 本专利技术的铁基形状记忆合金是一种性能出现分化的功能合金，具体优点如下： ①本专利技术的铁基形状记忆合金为单程形状记忆合金，在材料内部形成了稳定的 (100)板织构，才能的性能表现为各向异性，材料在垂直于（100)织构面的弯曲变形试验中 表现为脆性断裂，不具有形状记忆能力。 ②在与织构成15°?75°方向材料表现出良好的形状记忆能力、回复力和强度， 且性能稳定。反复变形4次以上均能保证有80%以上的回复率；其中与织构成30°时材料 反复变性四次后的平均回复率高达89 %，与织构成45°时材料反复变性四次后的平均回 复率高达92%，与织构成60°时材料反复变性四次后的平均回复率高达90%。 ③在75°?90°夹角方向，材料形状记忆性能进一步提高，但性能稳定性有所降 低，通常反复变形3次?5次，开始出现断裂；与织构成90°时材料反复变性三次后的平均 回复率高达91%。 ④在复杂应力应变条件下（纯剪切应力应变）仍能表现出良好的形状记忆能力， 通常扭转角回复率超过75 %，扭转角回复率高达82 %。 ④通过合理的设计该铁基形状记忆合金内的织构走向，将与织构平面成30°? 60°方向作为工作方向，能表现出更加优良的综合性能，形状回复量提高大于30%，回复力 提高17.5%，沿变形面方向材料强度提高53.4%。材料沿特定作用面（平行于压缩变形 面）具有良好的扭转变形记忆效应，扭转角回复率超过75%。 【具体实施方式】 【具体实施方式】一：本实施方式的一种取向铁基形状记忆合金的合金成分及其质量 百分含量为：10%?20% 的 Μη、5· 0%?7· 0% 的 Si、6. 0%?7· 5% 的 Cr、0. 5%?I. 0% 的 Cu、不大于0. 02%的C和余量的Fe。 【具体实施方式】 二：本实施方式与一不同的是：一种取向铁基形状记 忆合金的合金成分及其质量百分含量为：15%的Μη、6. 0%的Si、6. 8%的Cr、0. 5%?1. 0% 的Cu、不大于0. 02%的C和余量的Fe。其他步骤及参数与一相同。 【具体实施方式】 三：本实施方式的一种取向铁基形状记忆合金的制备方法按以下步 骤进行： 一、将A3钢、电解锰、75硅铁和铬铁置于中频感应电炉熔炼，熔炼温度为1350? 1450°C，并在温度为1350?1450°C下保温5min?lOmin，然后采用粘土砂型或水玻璃砂型 铸造成型，铸件出模温度不高于200°C，得到铸态铁基形状记忆合金；所述的A3钢与电解锰 的质量比为100 : (21?25);所述的A3钢与75硅铁的质量比为100 : (10?14);所述的A3 钢与铬铁的质量比为100 : (15?本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向铁基形状记忆合金，其特征在于一种取向铁基形状记忆合金的合金成分及其质量百分含量为：10％～20％的Mn、5.0％～7.0％的Si、6.0％～7.5％的Cr、0.5％～1.0％的Cu、不大于0.02％的C和余量的Fe。

【技术特征摘要】
1. 一种取向铁基形状记忆合金，其特征在于一种取向铁基形状记忆合金的合金成分及 其质量百分含量为：10%?20%的Mn、5. 0%?7. 0%的Si、6. 0%?7. 5%的Cr、0. 5%? 1. 0%的Cu、不大于0. 02%的C和余量的Fe。2. 根据权利要求1所述的一种取向铁基形状记忆合金，其特征在于一种取向铁基形 状记忆合金的合金成分及其质量百分含量为：15%的Mn、6. 0%的Si、6. 8%的Cr、0. 5%? 1. 0%的Cu、不大于0. 02%的C和余量的Fe。3. -种取向铁基形状记忆合金的制备方法，其特征在于一种取向铁基形状记忆合金的 制备方法按以下步骤进行： 一、 将A 3钢、电解锰、7 5硅铁和铬铁置于中频感应电炉熔炼，熔炼温度为13 50? 1450°C，并在温度为1350?1450°C下保温5min?lOmin，然后采用粘土砂型或水玻璃砂型 铸造成型，铸件出模温度不高于200°C，得到铸态铁基形状记忆合金；所述的A3钢与电解锰 的质量比为100 : (21?25);所述的A3钢与75硅铁的质量比为100 : (10?14);所述的A3 钢与铬铁的质量比为100 : (15?19); 二、 将步骤一得到的铸态铁基形状记忆合金采用线切割方法进行机械加工，得到毛坯 件； 三、 将步骤二得到的毛坯件用电热处理炉对进行退火，退火温度为400?500°C，退火 时间为8h?12h，然后用压力机对退火后的毛坯件进行压缩变形，变形率15%?30%，变形 速率不超过5mm/s，变形后再进行退火，退火温度为600?800°C，退火时间为2h?3h，得到 取向铁基形状记忆合金。4. 根据权利要求3所述的一种取向铁基形状记忆合金的制备方法，其特征在于步骤一 中所述的A3钢中各成分及其质量百分含量为：0. 30%?0. 7%的Mn、0. 10%?0. 30%的 Si、0. 10%?0. 20%的C和余量的Fe，所述的电解锰中各成分及其质量百分含量为：96%? 98%的Mn、0. 40%?0. 60%的S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬泽，郭二军，王丽萍，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23