CN108588368B - 预测铁锰硅基合金奥氏体加高温铁素体双相区温区的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预测铁锰硅基合金中奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的方法，该方法是将合金中各元素的重量百分数带入公式直接计算得到奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ。本方法简单易行，耗时短，且预测结果准确，这对开发免训练变形加工铁锰硅基记忆合金的成分设计和实际应用具有重要的工程价值。

Description

预测铁锰硅基合金奥氏体加高温铁素体双相区温区的方法
技术领域
本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种预测铁锰硅基合金奥氏体加高温铁素体双相区温区的方法。该方法只需知道铁锰硅基合金中各元素的重量百分数，就能快速得到该合金的奥氏体加高温铁素体双相区温度区间。
背景技术
与镍钛基和铜基形状记忆合金相比，铁锰硅基形状记忆合金除具有合金强度高、塑性好、易加工、可焊接和价格低廉等优点外，还具有较好的耐腐蚀性能，成为一种极具工业应用前景的形状记忆合金，吸引了国内外学者们的研究。
然而，不经特殊处理的变形加工（锻造、热轧、冷轧或冷拉）制备的固溶态多晶铁锰硅基形状记忆合金仅获得2%左右的可恢复变形量。为提高固溶态多晶铁锰硅基形状记忆合金的形状记忆效应，训练（室温变形加650℃附近退火的反复过程）、析出NbC（专利CN03107408.1和CN200380100566.1）和Cr23C6第二相颗粒（专利CN02133699.7），均可将该合金系的可恢复变形量提高到4-5%。但是这些方法存在变形过程，增加制备成本且对于形状复杂的元件难以实施。对此，专利CN200810045202.2公开了一种利用常规的铸造方法在免训练下制备形状记忆性能好的铁锰硅基形状记忆合金的方法。但是，铸造合金的力学性能和回复应力显著低于变形加工合金。因此，如何在免训练条件下，在力学性能优良的变形加工合金中制备具有较好形状记忆效应的铁锰硅基形状记忆合金是该合金工业化应用中亟待解决的问题。
针对上述问题，专利CN201410102165.X公开了一种制备免训练铁锰硅基形状记忆合金的方法，其具体制备方法为：将变形加工的铁锰硅基形状记忆合金在其高温铁素体单相区或高温铁素体加奥氏体的双相区保温10分钟~3小时冷却，随后在500℃~1000℃退火处理5分钟~2小时。该发明方法的关键是利用高温铁素体转变为奥氏体的固态相变在变形加工制备的铁锰硅基形状记忆合金中获得优良形状记忆效应。因此，奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的预测是上述方法应用的前提，对开发免训练变形加工制备的铁锰硅基记忆合金的成分设计和实际应用具有重要的工程价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种预测铁锰硅基合金中奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的方法。
一种预测铁锰硅基记忆合金中奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的方法，具体方法如下：将铁锰硅基合金中各元素的重量百分数（%）代入下列方程即可得到奥氏体加高温铁素体双相区温度区间：
Tγ/γ+δ= 1547+ 4.413Mn -41.188Si–28.251Cr + 11.197Ni +296.919C
Tγ+δ/δ= 1566+1.878Mn -36.229Si–14.972Cr +1.153Ni +261.735C
式中，Tγ/γ+δ为奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度；
Tγ+δ/δ为奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度；
Mn，Si，Cr，Ni和C分别为合金中锰元素、硅元素、铬元素、镍元素和碳元素的重量百分数（%）。
本发明所预测的铁锰硅基合金中各元素的重量百分数为：Mn 12~32%，Si 4~7%，Cr6~14%，Ni 2~9%，C 0~0.2%，余为Fe和不可避免的杂质。
根据上述方法可实现不同元素含量的铁锰硅基合金中奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的预测。
有益效果：1）在铁锰硅基合金中实现了对奥氏体加高温铁素体双相区温度区间的预测，且预测结果准确度高，与实验测量值相对偏差在2%以内，且与实验方法相比，该发明方法简单快速，成本低。2）该预测结果为利用高温铁素体向奥氏体的固态相变制备免训练变形加工铁锰硅基形状记忆合金提供成分设计的指导。3）该预测结果对开发免训练变形加工铁锰硅基形状记忆合金的成分设计和实际应用具有重要的工程价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明保护范围。
实施例1-10。
熔炼获得由化学成分Fe、Mn、Si、Cr、Ni和C元素组成的铁锰硅铬镍记忆合金，上述合金成分见表1。采用金相法表征合金中奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ，具体实验测量结果见表1。
表1 实施例1-10合金的化学成分及对应奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ的实验测量值
采用本发明所述的方法预测实施例1-10合金的奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ（结果保留为整数），评价该方法的准确性。
实施例1。
合金中各元素重量百分数（%）：Mn 14.72，Si 5.78，Cr 8.85，Ni 4.76，C 0.013。
根据公式Tγ/γ+δ= 1547+ 4.413Mn -41.188Si–28.251Cr + 11.197Ni +296.919C
计算得Tγ/γ+δ = 1547 + 4.413×14.72 – 41.188×5.78 – 28.251×8.85 +11.197×4.76 + 296.919×0.013 = 1181 （℃）。
Tγ/γ+δ实测值为1180℃，相对偏差为（1181-1180）÷1180×100%=0.08%。
根据公式Tγ+δ/δ= 1566+1.878Mn -36.229Si–14.972Cr +1.153Ni +261.735C
计算得Tγ+δ/δ = 1566 + 1.878×14.72 – 36.229×5.78 – 14.972×8.85 +1.153×4.76 + 261.735×0.013 = 1260 （℃）。
Tγ+δ/δ实测值为1260℃，相对偏差为（1260-1260）÷1260×100%=0%。
同理，采用本发明所述的方法预测实施例2-10合金的奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ，并与实测值进行对比，结果如表2所示。
表2 实施例1-10合金中奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度Tγ/γ+δ以及奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度Tγ+δ/δ的实测值和预测值对比结果。

Claims (1)

1.预测铁锰硅基合金奥氏体加高温铁素体双相区温区的方法，其特征在于，具体方法如下，将铁锰硅基合金中各元素的重量百分数（%）代入下列方程即可得到奥氏体加高温铁素体双相区温度区间：
Tγ/γ+δ= 1547+ 4.413Mn -41.188Si–28.251Cr + 11.197Ni +296.919C
Tγ+δ/δ= 1566+1.878Mn -36.229Si–14.972Cr +1.153Ni +261.735C
式中，Tγ/γ+δ为奥氏体单相区与奥氏体加高温铁素体双相区的相区界面温度，其单位是摄氏度；
Tγ+δ/δ为奥氏体加高温铁素体双相区与高温铁素体单相区的相区界面温度，其单位是摄氏度；
Mn，Si，Cr，Ni和C分别为合金中锰元素、硅元素、铬元素、镍元素和碳元素的重量百分数（%）；
该方法所预测的铁锰硅基合金中各元素的重量百分数为Mn 12~32%，Si 4~7%，Cr 6~14%，Ni 2~9%，C 0~0.2%，余为Fe和不可避免的杂质。
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