CN1027293C - 优良冷加工性能的铁基形状记忆合金及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种含有W的Fe-Si-Mn形状记忆合金，由(重量)0.02～0.1%C，25～40%Mn.2～8%W，余为Fe组成，并经冶炼、均匀化处理、热加工，200～1000℃加热后水淬、冷加工而成。其记忆形状为热加工后的形状，冷变形后经大于Af温度处理可达到记忆形状的目的。它适用于制做各种连接件、铆接件及化工，石油、航空等设备的部件，它具有廉价、冷加工性能优良，易在工业生产中推广的特点。

Description

本发明涉及一种含有W的Fe-Si-Mn形状记忆合金，属功能材料领域，适用于制做各种管、线连接件，板的铆接件及石化、航空等设备的部件。

形状记忆合金是通过改变温度来记忆某些特定形状的合金。形状记忆效应是1951年在Au-Cd合金中首先被发现的，其应用的可能性直至1963年美国海军武器实验室的W.J.Buehler等人发现Ti-Ni含金亦存在形状记忆特性才被认识到，随后相继发现Cu-Zn-Al，Cu-Al-Ni等存在形状记忆效应的合金，而形状记忆合金的大规模应用是美国F14战斗机液压输油管接头应用之后，但由于Ti-Ni，Cu-Zn-Al，Cu-Al-Ni合金价格昂贵或强度低限制了在工业上的大规模应用，近几年发展起来的铁基形状记忆合金根除了Ti-Ni基形状记忆合金的价格昂贵和Cu基形状记忆合金的低强度，但目前发表的文献及专利均未解决铁基形状记忆合金的冷加工脆性。

本发明的目的在于克服铁基形状记忆合金的冷加工脆性，从而获得一种在工业上有适用价值的铁基形状记忆合金。

本发明的目的可通过以下成分的调整和加工工艺的改变来实现：

一种含有W的Fe-Si-Mn形状记忆合金，其C含量为：

0.02%＜C%＜0.1%，Mn含量为25%＜Mn%＜40%，Si含量为2%＜Si%＜8%，W含量为0.01%＜W%＜3%，其余为Fe，如上成分适当配合的合金可获得优良冷加工性能的形状记忆合金。

该合金的形状记忆效应与应力诱发γ→ε转变有关，如果将合金冷却到Ms点以下就会形成热诱发马氏体而降低其形状恢复量，该合金呈现形状记忆效应的主要条件为：①尼尔温度（TN）要低，如TN高于Ms则不呈现形状记忆效应。②奥氏体相的层错能要低，保持高的肖克莱不全位错存在。③奥氏体基体强度要高。为实现上述要求，Fe、Si、Mn、W要有一个适当的添加量。加工制度很重要，但重复加工不会提高形状记忆效应。

下面将各合金元素的限定理由陈述如下：

C为固溶强化很有效的元素，为获得必要的强度，必须保证其C含量大于0.02%，但当C含量大于0.1%，冷加工性能急剧恶化。

Mn有利于降低奥氏体层错能，从而使ε相容易通过应力诱发而形成，Mn降低Ms点提高奥氏体的屈服应力，故Mn含量应大于25%，才可起到这一作用，但Mn也提高尼尔温度（TN）如果TN＞Ms就会抑制应力诱发马氏体转变发生。因而Mn含量不可高于40%。

Si有利于降低TN温度，降低奥氏体层错能，提高奥氏体屈服强度，故应大于2%，但当Si含量大于8%，冷加工性能急剧变坏。

W为本发明的重要添加元素，由于W的加入改变了晶粒的界面结构，ε马氏体中的肖克莱不全位错的分布形态，从而改善了冷加工性能，但W含量过高时会与C形成碳化物，从而抑制了母相与马氏体相界面的可动性，减小形状记忆恢复率，故上限为3%。

本发明的形状记忆合金获得优良加工性能的形状记忆效应的成分最佳范围为（重量）;28～32%，Mn，4～6%Si，0.03～0.06%C，0.2～0.8%W，

上述合金经感应炉冶炼后，经1050～1200℃均匀化处理3小时，800～1140℃热加工成所需的形状，或热加工后在500℃以上改变形状，经200～1000℃加热保温后水淬，冷加工成另一形状，加热至300℃（A以上），即可恢复热加工所记忆的形状。

本发明钢的优点有：

1.价格低廉。

2.加工性能好，能随各种所需形状的冷加工。

3.由于该合金已为奥氏体状态，故耐腐蚀性能好。

本发明实施例：

使用中频感应炉冶炼8种合金，其成分如表1，其加工工艺为1200℃均匀化处理3小时，1140℃热轧，800℃加热15分钟，冷弯成如图1所示形状，而后将合金加热至300℃，测定恢复率，同时将处理后的合金进行如图2所示的180的冷弯，测定开裂前的冷弯次数与Fe-Si-Mn合金比较，其结果明显优于Fe-Si-Mn合金，该合金有工业使用价值。

附图说明：

图1    形状记忆测试图

1形状记忆合金    2φ20的45＃圆钢

图2    冷弯示意图

表1

注    编号    C    Mn    Si    W    Fe

发明钢    1    0.02    25    3    0.4    余

2    0.04    28    4    0.4    余

3    0.04    28    4    0.3    余

4    0.05    30    5    0.2    余

5    0.06    30    6    0.5    余

6    0.06    30    5    0.6    余

比较钢    7    0.02    30    5    余

8    0.04    32    6    余

表2

注    编号    SME（%）    冷弯次数

发明钢    1    75    32

2    82    40

3    80    36

4    90    38

5    95    41

6    83    33

比较钢    7    90    12

8    95    10

Claims (3)

1、一种适用于连接、铆接件及石化、航空等领域使用的加工性优良的Fe-Si-Mn形状记忆合金，其特征在于化学成分为(重量)：C0.02～0.1%，Mn25～40%，Si2～8%，W0.01～3%，其余为Fe。

2、权利要求1所述合金的制造方法，它包括经1050～1200℃均匀化处理，800～1140℃热加工，200～1000℃加热水淬，冷变形后在大于A_f点恢复记忆形状。

3、权利要求1所述合金的制造方法，它包括经800～1140℃热加工，在200～1000℃加热水淬定型后，在大于500℃使其记忆形状。

Images