CN101705440A

CN101705440A - 形状记忆合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101705440A
Application number: CN200910310969A
Authority: CN
Inventors: 黄斌; 李建国; 木户照雄
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2010-05-12

Abstract

一种材料技术领域的形状记忆合金及其制备方法；该形状记忆合金的组分及其重量百分比为：Mn 14～15％，Si 6～7％，Cr 9～10％，Ni 5～6％，C 0.05～0.1％，余量为Fe；所述形状记忆合金的制备方法包括如下步骤：步骤一，按照形状记忆合金各组分的重量百分比，分别取如下原料：超低碳钢、Mn、Si、Cr及Ni；或者分别取低碳钢、Fe、Mn、Si、Cr及Ni；步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；步骤三，加入Mn，在惰性气体氛围下进行熔炼，自然冷却，得到形状记忆合金。本发明的形状记忆合金的强度和可回复应变明显高于普通的Fe-Mn-Si合金，耐腐蚀性好；铸态情况下的可回复应变达到3％，固溶淬火处理后进一步增加；并且，本发明的形状记忆合金制备工艺简单。

Description

形状记忆合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料技术领域的合金及其制备方法，具体是一种形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

Fe-Mn-Si基形状记忆合金(SMA)与铜基、Ni-Ti基形状记忆合金相比，其强度高、塑性好，易冶炼加工，成本低而成为一种很有应用前景的功能材料。但是其形状记忆效应(SME)较差，可回复应变低，妨碍了它们的实际应用。人们相继开发出热机械循环训练，奥氏体的热预变形等方法可显著提高合金的可回复应变量，但工艺复杂，不具有实用价值，尤其是不适用于管接头。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利授权公告说明书(专利号：ZL200410061151.4)披露了一种Fe-Mn-Si-C记忆合金材料及其制作管接头的工艺和应用”，该专利说明书披露的技术方案是通过间隙原子C的添加显著强化了基体的强度，提高了合金的形状记忆效应，可回复应变可与经过热机械循环训练处理的Fe-Mn-Si记忆合金相比。但是，该合金耐腐蚀性差，且同常规Fe-Mn-Si基形状记忆合金一样需要经过熔炼浇铸-合金锭均匀化退火-锻造或轧制-高温定型处理等过程才能制备，成材率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种形状记忆合金及其制备方法。本发明的合金强度高、耐腐蚀且具有适当的可回复应变，制备方法简单。

本发明是通过以下技术方案实现的，

本发明涉及一种形状记忆合金，该合金的组分及其重量百分比为：Mn 14～15％，Si 6～7％，Cr 9～10％，Ni 5～6％，C 0.05～0.1％，余量为Fe。

本发明还涉及前述形状记忆合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按照形状记忆合金各组分的重量百分比，分别取如下原料：超低碳钢、Mn、Si、Cr及Ni；或者分别取低碳钢、Fe、Mn、Si、Cr及Ni；

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

步骤三，加入Mn，在惰性气体氛围下进行熔炼，自然冷却，得到形状记忆合金。

步骤三中，所述惰性气体为氩气或氮气。

步骤三中，自然冷却后进行固溶淬火处理，所述固溶淬火具体为：将熔炼得到的合金加热至1100～1150K保温20～40分钟，之后水冷。

本发明的形状记忆合金中包含有Cr，Ni和微量的C，Cr和Ni的添加一方面起抗腐蚀作用，另一方面固溶强化奥氏体基体，从而抑制变形时塑性变形的引入，提高合金的形状记忆效应；微量C的添加起到进一步的析出强化作用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明的形状记忆合金的强度和可回复应变明显高于普通的Fe-Mn-Si合金，耐腐蚀性好；铸态情况下的可回复应变达到3％，固溶淬火处理后进一步增加；并且，本发明的形状记忆合金制备工艺简单.

具体实施方式

本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

本实施例提供了一种形状记忆合金，该合金的组分及重量百分比为：Mn 14％，Si 7％，Cr 10％，Ni 5％，C 0.1％，余量为Fe。

所述合金的制备方法如下：

步骤一，按照各组分的重量百分比，分别取如下原料：牌号为20的低碳钢、Fe、Mn、Si、Cr及Ni；其中，低碳钢与Fe的重量比为25∶7；

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

步骤三，加入Mn，在氩气氛围下进行熔炼，自然冷却，得到形状记忆合金。

本实施例的实施效果：

取本实施例制备得到的形状记忆合金进行如下实验：

1、弯曲试样的实验：制取弯曲实验试样，利用弯曲模具对试样进行6％的预变形，经过在773K保温10分钟的形状回复处理后测得铸态试样的形状回复率达到51％，即可回复应变达到3.06％；

2、管接头的实验：制取加工成内径30.9mm，外径36mm，长50mm的管接头，利用外径为30.8的扩径模具将其内径扩大至32.3mm(4.5％的径向预变形)，经过在773K保温10分钟的形状回复处理后测得其内径回复到31.36mm，即管接头试样的径向形状回复率达到66.5％，可回复应变达到3.0％。该结果表明实际管接头的径向可回复应变与弯曲实验试样的弯曲可回复应变基本一致。该Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C形状记忆合金管接头在空气中不腐蚀，放置两年依然光亮如新；

3、管接头的连接实验：制取加工成内径30.9mm，外径36mm，长50mm的管接头，利用外径为30.8的扩径模具将其内径扩大至32.3mm(4.5％的径向预变形)后，将外径32.1mm的两根铜管从两端均匀套入(每根铜管套入25mm)管接头中，经过在773K保温10分钟的形状回复处理后，管接头径向形状回复从而收缩抱住铜管。通过拉伸试验测得其连接强度高达1000Kg，表明管接头与铜管的连接非常牢固，足以满足实际应用的需要。

实施例2

本实施例提供了一种形状记忆合金，该合金的组分及重量百分比为：Mn 15％，Si 6％，Cr 9％，Ni 6％，C 0.05％，余量为Fe。

所述合金的制备方法如下：

步骤一，按照各组分的重量百分比，分别取如下原料：牌号为20的低碳钢、Fe、Mn、Si、Cr及Ni；其中，低碳钢与Fe的比例为25∶39；

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

步骤三，加入Mn，在氮气氛围下进行熔炼，浇铸于金属模自然冷却；

步骤四，将步骤三熔炼得到的合金进行固溶淬火，所述固溶淬火具体为：将合金加热至1125K保温30分钟，之后水冷，得到形状记忆合金.

本实施例的实施效果：制取弯曲实验试样，利用弯曲模具对试样进行6％的预变形，经过在773K保温10分钟的形状回复处理后测得试样的形状回复率达到62.2％，即可回复应变达到3.73％。

实施例3

本实施例提供了一种形状记忆合金，该合金的组分及重量百分比为：Mn 14.5％，Si6.8％，Cr 9.2％，Ni 5.3％，C 0.08％，余量为Fe。

所述合金的制备方法如下：

步骤一，按照各组分的重量百分比，分别取如下原料：牌号为20的低碳钢、Fe、Mn、Si、Cr及Ni；其中，低碳钢与Fe的比例为5∶3；

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

步骤三，加入Mn，在氩气氛围下进行熔炼，浇铸于金属模自然冷却；

步骤四，将步骤三熔炼得到的合金进行固溶淬火，所述固溶淬火具体为：将合金加热至1150K保温20分钟，之后水冷，得到形状记忆合金。

实施例4

本实施例提供了一种形状记忆合金，该合金的组分及重量百分比为：Mn 14.5％，Si6.5％，Cr 9.5％，Ni 5％，C 0.06％，余量为Fe。

所述合金的制备方法如下：

步骤一，按照各组分的重量百分比，分别取如下原料：牌号为08及20的低碳钢、Mn、Si、Cr及Ni；其中，牌号为08碳钢与牌号为20碳钢的重量比为57∶7.2；

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

步骤四，将步骤三熔炼得到的合金进行固溶淬火，所述固溶淬火具体为：将合金加热至1100K保温40分钟，之后水冷，得到形状记忆合金。

Claims

1.一种形状记忆合金，其特征在于，该合金的组分及其重量百分比为：Mn 14～15％，Si 6～7％，Cr 9～10％，Ni 5～6％，C 0.05～0.1％，余量为Fe。

2.一种根据权利要求1所述的形状记忆合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二，真空感应熔炼除Mn以外的各原料；

3.根据权利要求2所述的形状记忆合金的制备方法，其特征是，步骤三中，所述惰性气体为氩气或氮气。

4.根据权利要求2所述的形状记忆合金的制备方法，其特征是，步骤三中，自然冷却后进行固溶淬火处理，所述固溶淬火具体为：将熔炼得到的合金加热至1100～1150K保温20～40分钟，之后水冷。