CN103509988A

CN103509988A - 一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103509988A
Application number: CN201310300748.9A
Authority: CN
Inventors: 彭文屹; 陈朝霞; 杨能武; 渠桂丽; 孙云龙; 冯亮
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明涉及一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金及其制备方法。该合金的原子百分含量为：Fe30-50%，Ni28-40%，Co10-30%，Al8-15%，Nb1-4%和B0.1-3%。该合金的制备方法中包括固溶处理和时效处理等工艺。本发明的形状记忆合金采用特殊的合金配方，制备工艺简单可控。本发明得到的形状记忆合金的可回复应变量显著提高，最大的可回复应变量可达10.5%，体现出了优良的超弹性。

Description

一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁基形状记忆合金材料技术领域，具体涉及一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金及其制备方法。

背景技术

形状记忆合金问世于19世纪60年代初，是一种集感温与驱动于一身的功能材料。因其具有良好的形状记忆效应(SMA)，超弹性(SE)等性能而被广泛的应用于电子、机械、航空及医疗等领域。其中，超弹性可以使合金在加载-卸载的过程中，吸收较多能量而不产生永久性变形。利用该特性可以制作阻尼器、储能器和地震防护装置等。

目前，在工业上具有实际应用价值的形状记忆合金按成分可分为三类：Ni-Ti基合金、Cu基合金和Fe基合金三种。从应用角度讲，Ni-Ti基合金的最大可回复应变量在8%左右；Cu基合金的最大可回复应变量在5%左右，都不能很好地应用在对超弹性要求较高的领域；而Fe基合金价格低廉，易加工，在超弹性方面的研究前景巨大。早在1982年，Sato等就制备出单晶Fn-30Mn-1Si合金，测出其可回复应变量达9%。但是，单晶的制备方法相对较复杂，仪器也较昂贵。多晶的Fe基形状记忆合金，一般超弹性都不佳。对Fe-Mn-Si系合金，可回复应变量一般只有2%～3%，经热机械处理也不超过4%。Maki等研制出了Fe-Ni-Co-Ti形状记忆合金，但测得其在-33℃时的可回复应变量只有0.7%，这是远远满足不了实际使用要求的。近年来，人们针对铁基形状记忆合金的配方及制备工艺上做了大量研究，以便研究出一种工艺简单、重复性好、过程可控的具有优良超弹性的铁基形状记忆合金。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提出一种工艺简单、重复性好、过程可控的具有优良超弹性的铁基形状记忆合金。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提出一种超弹性优良的多晶铁基形状记忆合金及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决上述技术问题。

提出一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金，其特征在于该合金的成分，以原子百分含量为：

Fe 30～50%

Ni 28～40%

Co 10～30%

Al 8～15%

Nb 1～4%

B 0.1～3%。

上述多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的制备方法，其特征在于该方法包含以下制备工艺：

1）将工业上使用的纯金属原料Fe，Ni，Co，Al，Nb，B按多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金成分，以原子百分含量比为：Fe 30～50%、Ni 28～40%、Co 10～30%、Al 8～15%、Nb 1～4%、B 0.1～3%进行配料，采用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为220～280A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～5次。

2）将熔炼得到的合金锭先在900～1200℃热轧，然后在固溶温度在1000～1300℃的范围内，固溶处理20～50 min，再水淬后冷轧成薄板。

3）轧制后的材料的固溶温度在1150～1350℃的范围内，固溶处理20～50 min，随后快速冷却，冷却速度大于138℃/s。

4）固溶处理冷却后材料的时效处理温度在550～750℃范围内，时效处理45～70h。

本发明的合金在室温下体现出优良的超弹性，其可回复应变量最高可达10.5%。这个结果高于文献报道的Ni-Ti基，Cu基,以及Fe-Mn-Si系的形状记忆合金的可回复应变量。

从以下实施例的具体描述、附图以及权利要求中，可以更加清楚本发明的特征、目的及优点。

附图说明

图1为本发明的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金在室温下加载-卸载的应力-应变曲线。

具体实施方式

下面将本发明的这种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金实施例具体叙述。

但是，本领域技术人员应当理解，这些实施方式仅仅列举了一个本发明的具体实施例，对本发明及其保护范围无任何限制。本领域的技术人员在理解本发明基本的构思的情形下，可以对这些进行一些显而易见的变化和改动，这些都属于本发明的范围内。本发明的范围仅由权利要求来限定。

实施例1：本实施例的具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的成分及相应的原子百分含量为：Fe 30.35%、Ni 30%、Co 18%、Al 10.5%、Nb 2%、B 0.15%。

制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Fe，Ni，Co，Al，Nb，B按本实施例的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金成分配制60g，然后将配置的材料在真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为250A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼4次；熔炼所得合金锭先在1000℃热轧成厚度为3.5mm的薄板，再在1150℃固溶处理30min，水淬后冷轧成厚度为2.5mm的薄板；轧后材料在1250℃固溶30min，随后水淬；固溶处理冷却后的材料在600℃时效60h后空冷。

本实例中所制得的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金在室温下加载-卸载的应力-应变曲线见附图1。从附图1中可看出本实例制得的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B的形状记忆合金的可回复应变量达到10.5%。

实施例2：本实施例的合金成分与实施例1相同。

其制备过程和步骤如下：将工业纯金属原料Fe，Ni，Co，Al，Nb，B按本实施例的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金成分配制60g，采用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为250A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼4次；熔炼所得的合金锭先在1000℃热轧成厚度为3.5mm的薄板，再在1150℃固溶处理30min，水淬后冷轧成厚度为2.5mm的薄板；轧后材料在1250℃固溶30min，随后水淬；固溶处理后材料在600℃时效45h后空冷。

本实例中所制得的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金在室温下经加载-卸载试验测得其可回复应变量为8.9%。

由实例1和实例2可看出，本发明所选用的合金配方，经过合理的制备工艺后，能在室温下获得较好的超弹性，这一点是优于现有报道的多晶Ni-Ti基，Cu基，以及Fe-Mn-Si系的形状记忆合金的。

Claims

1.一种具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金，其特征在于该合金具有以下的成分及原子百分含量：

Fe 30～50%

Ni 28～40%

Co 10～30%

Al 8～15%

Nb 1～4%

B 0.1～3% 。

2.根据权利要求1所述的具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的制备方法，其特征在于：该合金的制备工艺主要包括采用熔炼工艺、固溶处理工艺和时效处理工艺。

3.根据权利要求2所述的具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的制备工艺，其特征在于：所述的熔炼工艺是将配料采用真空非自耗电弧炉在氩气保护下进行熔炼，熔炼电流密度为220～280A/cm²，将熔炼合金翻身熔炼3～5次。

4.根据权利要求2所述的具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的制备工艺，其特征在于：所述的固溶处理工艺为，在温度1000～1300℃下固溶处理20～50 min，水淬后冷轧成薄板，然后将薄板材料在温度为1150～1350℃下固溶处理20～50 min，随后快速冷却，冷却速度大于138℃/s。

5.根据权利要求2所述的具有超弹性的多晶Fe-Ni-Co-Al-Nb-B形状记忆合金的制备工艺，其特征在于：所述的时效处理工艺的温度在550～750℃，时效处理时间45～70h。