一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C系形状记忆合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Fe

【技术实现步骤摘要】
一种Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni
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C系形状记忆合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能材料
，具体涉及到一种Fe
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Mn
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Si
‑
Cr
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Ni
‑
C系形状记忆合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]形状记忆合金(SMA,Shape Memory Alloys)是一种的先进功能材料，其在形变后，通过加热可以全部或部分回复初始形状而表现出独特的形状记忆效应(SME,Shape Memory Effect)。这种温度感知和驱动性能是通过奥氏体γ与ε马氏体之间的可逆相变实现的[徐祖耀.铁基形状记忆合金.上海金属,1993,2:1
‑
10,3:1
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8.]。形状记忆合金中的Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系SMA因可通过现有的钢铁工艺进行大批量制备，且高刚性，强度高等优点，在应用方面具有显著的竞争优势。若在加热过程中限制形状记忆合金的变形，则可以产生一个非常可观的回复应力，将这个回复应力引入到土木工程结构中便可以作为结构加固的预应力，然而Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系合金性能和生产工艺仍需要进一步优化改良才能满足广泛的土木工程结构加固要求。
[0003]提高Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系SMA形状记忆效应的方法包括合金化处理和热处理工艺。合金化处理是通过元素配比调节马氏体相变起始温度Mεs、反铁磁转变温度TN、层错能以及奥氏体基体强度等一系列影响形状记忆效应的因素。C元素作为强固溶强化元素可显著提高奥氏体基体强度，同时作为合金中第二相铬碳化物的形成元素可产生一定的第二相强化效果。C元素添加可同时显著降低合金的Mεs。
[0004]热处理工艺中的固溶热处理能够溶解沿晶界分布的大颗粒第二相铬碳化物，采用水淬快速冷却从而抑制第二相的析出，最终得到过饱和固溶体。其目的是为后续时效重新析出颗粒细小、分布均匀的第二相碳化物，与此同时热加工破碎的晶粒发生再结晶，消除内应力，使奥氏体晶粒细小均匀，有利于形状记忆效果的提高。此外，形变时效的方法也可以提高形状记忆效应，即先通过室温预变形产生一定量的定向析出的第二相铬碳化物，通过第二相提前将奥氏体晶粒进行区域化分割，减少ε马氏体之间的交叉碰撞，进而提高形状记忆效应Otsuka等研究表明热机械训练可以显著提高形状记忆效应，但该过程较为繁琐，其中机械变形以及中间热处理将消耗大量的资源和成本。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，15wt％的Mn，4.5wt％的
Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.03～0.20wt％的C，0～0.05wt％的Nb，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。
[0009]作为本专利技术所述Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的一种优选方案，其中：根据C、Nb元素含量的不同，所述合金分为低碳、中碳和高碳类型。
[0010]作为本专利技术所述Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的一种优选方案，其中：以所述合金重量百分比计，所述低碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.03～0.06wt.％的C，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。
[0011]作为本专利技术所述Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的一种优选方案，其中：以所述合金重量百分比计，所述中碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.08～0.14wt％的C，0.02～0.05wt％的Nb，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。
[0012]作为本专利技术所述Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的一种优选方案，其中：以所述合金重量百分比计，所述高碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.16～0.20wt％的C，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。
[0013]本专利技术再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的制备方法。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，
[0015]按合金成分配比各元素，置于重通氩气真空感应炉冶炼；
[0016]精炼后真空脱气，在氩气气氛保护下浇筑成铸锭；
[0017]铸锭切去帽口并去除表面氧化铁皮；
[0018]根据合金类型分别对其进行热处理和时效处理。
[0019]作为本专利技术所述Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金制备方法的一种优选方案，其中：所述热处理包括热锻处理和热轧处理，所述时效处理包括固溶时效处理和直接时效处理。
[0020]作为本专利技术所述Fe
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Mn
‑
Si
‑
Cr
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Ni系形状记忆合金制备方法的一种优选方案，其中：所述合金为低碳类型的处理包括，
[0021]热处理：经1250℃均匀化退火15h热锻，始锻温度不低于1200℃，空冷至室温得合金；
[0022]时效处理：采用全固溶热处理消除锻造合金的加工应力，固溶处理后的合金经600℃保温30min，其中，固溶温度为900℃，处理时间1h，冷却方式为水淬。
[0023]作为本专利技术所述Fe
‑
Mn...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金，其特征在于：以所述合金重量百分比计，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.03～0.20wt％的C，0～0.05wt％的Nb，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。2.如权利要求1所述的Fe
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Mn
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Si
‑
Cr
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Ni系形状记忆合金，其特征在于：根据C、Nb元素含量的不同，所述合金分为低碳、中碳和高碳类型。3.如权利要求1或2所述的Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金，其特征在于：以所述合金重量百分比计，所述低碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.03～0.06wt.％的C，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。4.如权利要求1或2所述的Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金，其特征在于：以所述合金重量百分比计，所述中碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.08～0.14wt％的C，0.02～0.05wt％的Nb，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。5.如权利要求1或2所述的Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金，其特征在于：以所述合金重量百分比计，所述高碳类型合金，包括，15wt％的Mn，4.5wt％的Si，10wt％的Cr，4.5wt％的Ni，0.16～0.20wt％的C，剩余为Fe和无法避免的杂质元素。6.一种如权利要求1～5任一所述的Fe
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Mn
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Si
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Cr
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Ni系形状记忆合金的制备方法，其特征在于：包括，按合金成分配比各元素，置于重通氩气真空感应炉冶炼；精炼后真空脱气，在氩气气氛保护下浇筑成铸锭；铸锭切去帽口并去除表面氧化铁皮；根据合金类型分别对其进行热处理和时效处理。7.如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：强旭红，姜旭，陈龙龙，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：