CN102864366B

CN102864366B - 一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂

Info

Publication number: CN102864366B
Application number: CN201210331027.XA
Authority: CN
Inventors: 李晓薇; 司松海; 张志敏; 齐克尧; 白高鹏
Original assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Current assignee: Zhenjiang Yinuowei Shape Memory Alloys Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-09-10
Also published as: CN102864366A

Abstract

一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，属于记忆合金领域，其特征为：化学成分为：Ce18～27wt％、Tb8～14wt％、Y4～8wt％、Pr3～6wt％、La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu为10～20wt%，Zr2～6wt%、Ti2～5wt%，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

一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂

技术领域

本发明属于记忆合金领域，特指一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂。

背景技术

铁基记忆合金与镍基、铜基记忆合金的形状记忆机制完全不同，它不属于热弹性马氏体相变，它的形状记忆效应来源于应力诱发马氏体的可逆转变γ(fcc) —ε(hcp)，母相无需经过奥氏体有序化。Fe-Mn-Si系合金属低层错能合金，在外加应力的作用下，母相奥氏体每隔一层密排晶面的层错堆垛形成马氏体ε（hcp），在升温过程中ε（hcp）逆转变呈现形状记忆效应。高锰铁基记忆合金的优点在于马氏体可逆转变量较高，但是由于高锰铁基记忆合金中由于锰量较高，制作过程中造成锰的挥发，势必影响马氏体可逆转变量。同时合金中硅量本身就高，所以力学性能低、加工性能较差，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，提高合金的记忆效应，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。本发明开发出一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂。

发明内容

本发明的目的是开发出一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，其特征为：化学成分为：Ce 18～27wt％、Tb 8～14wt％、Y 4～8wt％、Pr 3～6wt％、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu为10～20wt%，Zr 2～6wt%、Ti 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%。

上述成分可化为：Ce 22～24wt％、Tb 10～12wt％、Y 6～7wt％、Pr 4～5wt％、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu为14～16wt%，Zr 4～5wt%、Ti 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0.38mm～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，合金的机械性能为：σ_b = 661.5～674.2 Mpa ，加入复合稀土添加剂后，合金的机械性能为σ_b = 752.6～763.8Mpa。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σ_{0. 2}增加，未加复合稀土添加剂时，合金的屈服强度为：σ_0.2 = 334.1～345.2 Mpa ，加入复合稀土添加剂后，合金屈服强度σ_{0. 2}= 380.7 ～391.5Mpa。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 25wt%，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1550～1570℃时，保温静置5分钟，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭，此时浇注温度为1530℃。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1100℃，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59%。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 24.92wt%，Si 3.96wt%，Ni 4.95wt%，C 0.091wt%，复合稀土添加剂0.390wt%。

实施例 2

将Mn 25wt%，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1550～1570℃时，保温静置5分钟，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭，此时浇注温度为1530℃。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1100℃，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67%。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 24.94wt%，Si 3.96wt%，Ni 4.96wt%，C 0.09wt%，复合稀土添加剂0.591wt%。

实施例 3

将Mn 25wt%，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1550～1570℃时，保温静置5分钟，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭，此时浇注温度为1530℃。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1100℃，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60%。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 24.93wt%，Si 3.95wt%，Ni 4.96wt%，C 0.09wt%，复合稀土添加剂0.98wt%。

对比例

将Mn 25wt%，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1550～1570℃时，保温静置5分钟，扒渣后浇注成Φ80×150mm的铸锭，此时浇注温度为1530℃。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1100℃，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48%。由于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 24.45wt%，Si 3.95wt%，Ni 4.96wt%，C 0.09wt%。

Claims

1.一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，其特征为：化学成分为：Ce 18～27wt％、Tb 8～14wt％、Y 4～8wt％、Pr 3～6wt％、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu为10～20wt%，Zr 2～6wt%、Ti 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所述一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，成分可优化为：Ce 22～24wt％、Tb 10～12wt％、Y 6～7wt％、Pr 4～5wt％、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu为14～16wt%，Zr 4～5wt%、Ti 3～4wt%，余为铁。

3.根据权利要求1所述一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，复合稀土添加剂加入量为0.6wt%时，合金组织中晶粒尺寸最小，为0.1mm。

4.根据权利要求1所述一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，复合稀土添加剂加入量为0.6wt%时，合金的力学性能达到最大值，σ_b = 763.8Mpa，σ_{0. 2}=391.5Mpa。

5.根据权利要求1所述一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，复合稀土添加剂加入量为0.6wt%时，形状记忆回复率达到最大值，形状记忆回复率为67%。

6.根据权利要求1所述一种用于高锰铁基记忆合金的复合稀土添加剂，合金中锰为25 wt%，复合稀土添加剂加入量为0.6wt%时，锰挥发的最少，仅挥发0.06 wt%。