CN102794440B - 一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂 - Google Patents
一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂 Download PDFInfo
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Abstract
一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂，属于记忆合金领域，其特征为：化学成分为：Nd20～28wt％、La8～15wt％、Y5～10wt％、Sc4～8wt％、Ce+Pr+Eu+Gd+Tb+Ho+Er+Tm+Lu为10～18wt%，V2～6wt%、B2～5wt%，余为铁。所述复合稀土添加剂为块状合金，熔点范围1000～1250℃，复合稀土添加剂加入量范围为0.4～1.0wt%。
Description
技术领域
本发明属于记忆合金领域，特指一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂。
背景技术
Fe-Mn-Si形状记忆合金因其独特的优越性而且有广阔的应用前景。根据晶体学计算，γ→ε马氏体相变可提供至少10%的可逆应变量，但实际观察到的最大可逆转变量也仅仅只有9%，且是在单晶中发现的，在实际应用的多晶合金中，完全可逆转变量很小，一般不大于2%，训练后也不超过4%，且训练工艺过程复杂。同时铁基记忆合金中由于硅量较高，所以力学性能低、加工性能较差，另外由于锰量较高，制作过程中造成锰的挥发，势必影响马氏体可逆转变量，这是影响其工程应用的主要原因。对Fe-Mn-Si合金的形状记忆效应及影响因素开展研究，提高合金形状记忆回复率，优化生产工艺，对推动工程应用与国民经济有重要的现实意义。本发明开发出一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂。
发明内容
本发明的目的是开发出一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂，其特征为：化学成分为：Nd 20～28wt％、La 8～15wt％、Y 5～10wt％、Sc 4～8wt％、Ce+Pr + Eu +Gd +Tb +Ho +Er
+Tm +Lu为10～18wt%，V 2～6wt%、B 2～5wt%，余为铁。所述复合稀土添加剂为块状合金，熔点范围1000～1250℃，复合稀土添加剂加入量范围为0.4～1.0wt%。
上述成分可优化为：Nd 23～25wt％、La 10～12wt％、Y 7～8wt％、Sc 6～7wt％、Ce+Pr + Eu +Gd +Tb +Ho +Er
+Tm +Lu为13～15wt%，V 4～5wt%、B 3～4wt%，余为铁。
附图说明
图1复合稀土添加剂与晶粒尺寸的关系
由图1可以看出，由于加入复合稀土添加剂，使合金的晶粒组织明显细化，晶粒尺寸由原来的0.38 mm～0.4mm下降到0.1 mm～0.11mm，从而明显提高合金的机械性能。未加复合稀土添加剂时，合金的力学性能为：σb = 612.3～624.5 Mpa ，加入复合稀土添加剂后，合金的力学性能为σb = 691.2 ～700.4Mpa。由复合稀土添加剂和对合金造成的这种影响，主要原因如下:（1）复合稀土添加剂元素的加入形成弥散分布的第二相粒子，限制γ相晶粒长大，使得γ相晶粒长大的驱动力减小。晶界被第二相粒子的界面张力锁定，细化了晶粒 。（2）由于母相γ的晶粒被细化，所以合金的屈服强度σ0. 2增加，未加复合稀土添加剂时，合金的屈服强度为：σ0.2 = 303.7～311.6 Mpa ，加入复合稀土添加剂后，合金屈服强度σ0. 2= 352.4 ～359.8Mpa。在同样变形量的情况下，加复合稀土添加剂的合金的基体得到的形变强化效果比不加复合稀土添加剂的合金好得多。
图2加入复合稀土添加剂和未加入复合稀土添加剂的合金形状记忆回复率比较
●-未加入复合稀土添加剂 ♦-加入复合稀土添加剂
从图2可以看出，加入复合稀土添加剂对合金的形状记忆回复率来说有显著的提高。基体的强化使得初始变形时的永久不可恢复滑移减小，这有利于提高形状记忆回复率。加入复合稀土添加剂后合金的层错几率比没有加入复合稀土添加剂的合金大得多，在应变诱发马氏体过程中有更多的形核中心和更小的应变驱动力，所以更易形成可回复的马氏体。
具体实施方式
实施例
1
将Mn 16wt%，Si 4wt%，Ni 5wt%，C 0.1wt%，复合稀土添加剂0.4wt%，其余为Fe。合金配制后在中频感应电炉中进行熔化，当合金液温度达到1560~1580℃时，保温静置3~4分钟，当合金液温度为1530~1550℃时，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭。将浇注好的铸锭，放入箱式电阻炉中进行退火，目的是消除在铸造冷却过程中由于各处冷却条件不均造成的内应力，避免在后续的热加工过程中开裂，退火温度为1080～1120℃，时间为24h，退火后进行铸件的锻打，锻打温度为1000～800℃，锻打成10mm×80mm×90mm，然后将进行线切割，切割成1mm×10mm×90mm的试样。将切割好的试样进行力学性能测试，并采用弯曲变形法测定其形状记忆回复率，得到如图1和图2所示的结果。由图1和图2看出，晶粒尺寸为0.2mm，形状记忆回复率为48%。合金中加入复合稀土添加剂后，减少了锰的挥发，合金化学成分为：Mn 15.92wt%，Si 3.95wt%，Ni 4.95wt%，C 0.091wt%，复合稀土添加剂0.390wt%。
实施例
2
将Mn 16wt%，Si 4wt%，Ni 5wt%，C 0.1wt%，复合稀土添加剂0.6wt%，其余为Fe。合金配制后在中频感应电炉中进行熔化，当合金液温度达到1560~1580℃时，保温静置3~4分钟，当合金液温度为1530~1550℃时，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭。将浇注好的铸锭，放入箱式电阻炉中进行退火，目的是消除在铸造冷却过程中由于各处冷却条件不均造成的内应力，避免在后续的热加工过程中开裂，退火温度为1080～1120℃，时间为24h，退火后进行铸件的锻打，锻打温度为1000～800℃，锻打成10mm×80mm×90mm，然后将进行线切割，切割成1mm×10mm×90mm的试样。将切割好的试样进行力学性能测试，并采用弯曲变形法测定其形状记忆回复率，得到如图1和图2所示的结果。由图1和图2看出，晶粒尺寸为0.1mm，形状记忆回复率为52%。合金中加入复合稀土添加剂后，减少了锰的挥发，合金化学成分为：Mn 15.94wt%，Si 3.96wt%，Ni 4.96wt%，C 0.091wt%，复合稀土添加剂0.591wt%。
实施例
3
将Mn 16wt%，Si 4wt%，Ni 5wt%，C 0.1wt%，复合稀土添加剂1.0wt%，其余为Fe。合金配制后在中频感应电炉中进行熔化，当合金液温度达到1560~1580℃时，保温静置3~4分钟，当合金液温度为1530~1550℃时，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭。将浇注好的铸锭，放入箱式电阻炉中进行退火，目的是消除在铸造冷却过程中由于各处冷却条件不均造成的内应力，避免在后续的热加工过程中开裂，退火温度为1080～1120℃，时间为24h，退火后进行铸件的锻打，锻打温度为1000～800℃，锻打成10mm×80mm×90mm，然后将进行线切割，切割成1mm×10mm×90mm的试样。将切割好的试样进行力学性能测试，并采用弯曲变形法测定其形状记忆回复率，得到如图1和图2所示的结果。由图1和图2看出，晶粒尺寸为0.12mm，形状记忆回复率48为%。合金中加入复合稀土添加剂后，减少了锰的挥发，合金化学成分为：Mn 15.93wt%，Si 3.95wt%，Ni 4.96wt%，C 0.091wt%，复合稀土添加剂0.98wt%。
对比例
将Mn 16wt%，Si 4wt%，Ni 5wt%，C 0.1wt%，其余为Fe。合金配制后在中频感应电炉中进行熔化，当合金液温度达到1560~1580℃时，保温静置3~4分钟，当合金液温度为1530~1550℃时，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭。将浇注好的铸锭，放入箱式电阻炉中进行退火，目的是消除在铸造冷却过程中由于各处冷却条件不均造成的内应力，避免在后续的热加工过程中开裂，退火温度为1080～1120℃，时间为24h，退火后进行铸件的锻打，锻打温度为1000～800℃，锻打成10mm×80mm×90mm，然后将进行线切割，切割成1mm×10mm×90mm的试样。将切割好的试样进行力学性能测试，并采用弯曲变形法测定其形状记忆回复率，得到如图1和图2所示的结果。由图1和图2看出，晶粒尺寸为0.38mm，形状记忆回复率为38%。合金中没有加入复合稀土添加剂，造成锰的挥发，合金化学成分为：Mn 15.46wt%，Si 3.94wt%，Ni 4.95wt%，C 0.090wt%。
Claims (2)
1.一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂，其特征为：化学成分为：Nd 20～28wt％、La 8～15wt％、Y 5～10wt％、Sc 4～8wt％、Ce+Pr + Eu
+Gd +Tb +Ho +Er +Tm +Lu为10～18wt%，V 2～6wt%、B 2～5wt%，余为铁；所述复合稀土添加剂为块状合金，熔点范围1000～1250℃，复合稀土添加剂加入量范围为0.4～1.0wt%。
2.根据权利要求1所述一种低锰铁基记忆合金用复合稀土添加剂，成分优化为：Nd 23～25wt％、La 10～12wt％、Y 7～8wt％、Sc 6～7wt％、Ce+Pr + Eu +Gd +Tb +Ho +Er +Tm +Lu为13～15wt%，V 4～5wt%、B 3～4wt%，余为铁。
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