CN110983163A - 一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及形状记忆合金技术领域，具体涉及一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法。本发明提供的提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，包括以下步骤：将Fe‑Mn‑Si系合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭；将所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯；将所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金；对所述多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。采用本发明提供的方法能够显著提高多元铁基形状记忆合金的双程形状记忆效应。

Description

一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法
技术领域
本发明涉及形状记忆合金技术领域，具体涉及一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法。
背景技术
与传统的镍基形状记忆合金、铜基形状记忆合金因热弹性马氏体相变而具有形状记忆效应不同，铁基形状记忆合金是由于应力诱发马氏体相变而具有形状记忆效应。在合金应力诱发γ(fcc)→ε(hcp)的相变过程中，合金还可能发生另外一种转变，即γ→α的转变，α也是一种马氏体，但是这种马氏体不会逆转变成母相γ，所以对记忆效应无益。在对合金施加应力以产生应力诱发马氏体相变过程中，合金的变形主要包括两个部分：一是晶格畸变所表现出来的宏观形变，另一部分就是不可避免的宏观滑移；前者可以在以后的升温过程中得以恢复，对记忆效应有利；而后一部分却不能恢复，故对记忆效应无益。目前，急需一种能够有效减少铁基形状记忆合金宏观滑移，提高合金双程记忆效应的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，采用本发明提供的方法能够减少合金的宏观滑移，提高合金的双程形状记忆效应。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，包括以下步骤：
(1)将Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭；
(2)将步骤(1)所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯；
(3)将步骤(2)所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到多元铁基形状记忆合金；
(4)对所述多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。
优选地，步骤(1)所述Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料包括低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂。
优选地，步骤(1)所述中频感应熔炼的温度为1555～1585℃，时间为8～12min。
优选地，步骤(1)所述浇注的温度为1515～1535℃。
优选地，步骤(2)所述退火处理的温度为1050～1080℃，时间为24～25h。
优选地，步骤(3)所述固溶处理的温度为1100～1140℃，固溶处理的时间为1～3min。
优选地，步骤(3)所述淬火处理的温度为20～50℃。
优选地，步骤(4)所述训练包括依次进行的预变形、一次退火处理、回复和二次退火处理。
优选地，所述一次退火处理和二次退火处理的温度独立地为600～650℃。
本发明提供了一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，包括以下步骤：将Fe-Mn-Si系合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭；将所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯；将所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到多元铁基形状记忆合金；对所述多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。
本发明严格限定合金的制备方法使组织稳定为奥氏体相；随后进行训练，通过温度的调控和模具对记忆合金形状的束缚，确保记忆合金更好地完成马氏体和奥氏体之间的相变，从而得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。实施例结果表明，将采用本发明方法制备的多元铁基形状记忆合金进行双程形状记忆效应测试，经过4次训练后，回复率高达86.5％以上。
附图说明
图1为双程形状记忆效应训练方法示意图；
图2为弯曲变形法测量形状记忆效应示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，包括以下步骤：
(1)将Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭；
(2)将步骤(1)所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯；
(3)将步骤(2)所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。
(4)对所述多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。
本发明将Fe-Mn-Si系合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭。在本发明中，按质量含量计，所述Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料的化学成分优选为：Mn 18～24％，Si 5～7％，Ni 5～7％，Cr 2～4％，Ti 1～2％，Mg 0.5～0.8％，B 0.5～0.8％，复合稀土0.2～0.5％，C 0.15～0.25％，不可避免杂质元素总量≦0.35％，余量为Fe。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Mn 18～24％，更优选为20～22％，最优选为21％。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Ni 5～7％，更优选为5.5～6.5％，最优选为6％。在本发明中，Mn和Ni可以扩大奥氏体区，降低马氏体相变点，提高合金的记忆效应。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Si 5～7％，更优选为5.5～6.5％，最优选为6％。在本发明中，Si可以降低层错能，有利于提高合金的记忆效应。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Cr 2～4％，更优选为2.5～3.5％，最优选为3％。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Ti 1～2％，更优选为1.4～1.6％，最优选为1.5％。
在本发明中，Cr和Ti可以改善合金的耐蚀性，同时提高合金的综合力学性能。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括B 0.5～0.8％，更优选为0.6～0.7％，最优选为0.65％。
在本发明中，Ti和B能够细化合金晶粒，改善合金的综合性能。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括Mg 0.5～0.8％，更优选为0.6～0.7％，最优选为0.65％。
在本发明中，Mg能够改善合金的塑性，降低脆性，改善加工性能。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括复合稀土0.2～0.5％，更优选为0.3～0.4％，最优选为0.25％。
在本发明中，以所述复合稀土的质量为100％计，按质量含量计，所述复合稀土的化学成分优选为：La 36～41％，Ce 34～39％，Y 1.5～3.5％，Nd1.5～3.5％，Pr+Yb+Dy+Sm总量为0.5～1.5％，不可避免杂质元素总量≤0.30％，余量为Fe。
所述复合稀土，按质量含量计，优选包括La 36～41％，更优选为38～39％，最优选为38.5％。
所述复合稀土，按质量含量计，优选包括Ce 34～39％，更优选为37～38％，最优选为37.5％。
所述复合稀土，按质量含量计，优选包括Y 1.5～3.5％，更优选为2～3％，更最优选为2.5％。
所述复合稀土，按质量含量计，优选包括Nd 1.5～3.5％，更优选为2～3％，最优选为2.5％。
所述复合稀土，按质量含量计，Pr+Yb+Dy+Sm的总量优选为0.5～1.5％，更优选为0.8～1.2％，最更优选为1.0％。
本发明提供的复合稀土，按质量含量计，优选包括不可避免杂质元素总量≤0.30％，其中单个杂质元素的含量优选小于0.05％；所述不可避免的杂质元素优选包括Si、Fe、O、S和P中的一种或几种。本发明提供的复合稀土，按质量含量计，除上述元素外，包括余量的Fe。
在本发明中，复合稀土一方面可以限制γ相晶粒长大，使得γ相晶粒长大的驱动力增大，从而抑制γ→α相变的发生，利于马氏体逆相变的发生；另一方面有效降低了层错能，也使得马氏体逆相变转变更加容易发生，显著改善合金的形状记忆效应；另外，本发明采用的复合稀土还可以起到净化晶界、细化晶粒的作用，能够有利于提高合金的热塑性，从而改善合金的脆性和加工性能。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括C 0.15～0.25％，更优选为0.18～0.22％，最优选为0.2％。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，优选包括不可避免杂质元素总量≤0.35％，其中单个杂质元素的含量小于0.05％；所述不可避免的杂质元素优选包括Si、Fe、Sn、Pb、O、S和P中的一种或几种。
本发明采用的Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料，按质量含量计，除上述元素外，优选包括余量的Fe。
在本发明中，所述Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料优选包括低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂。在本发明中，所述稀土复合剂优选为Fe-10RE中间合金，按质量含量计，所述稀土复合剂的化学成分优选为：La 36～41％，Ce 34～39％，Y1.5～3.5％，Nd 1.5～3.5％，Pr+Yb+Dy+Sm总量为0.5～1.5％，不可避免杂质元素总量≤0.30％，余量为Fe。本发明对所述低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂的比例没有特殊的限定，能够使最终合金成分满足要求即可。
在本发明中，当以低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂为原料进行中频感应熔炼时，熔炼的具体方法优选为：先将中频感应熔炼炉的温度升至熔炼温度，然后在中频感应熔炼炉中依次加入低碳钢→工业纯镍和结晶硅→电解锰→海绵钛和工业纯镁与Fe-12Cr-B中间合金→稀土复合剂，在原料添加过程中优选待上一种原料充分熔化后再加入下一种原料，本发明通过分批次加入原料，能够使各原料混合均匀。在本发明中，稀土复合剂的加入方法优选为炉内冲入法，所述稀土复合剂的加入过程优选在搅拌条件下进行，以加速稀土复合剂的熔化，并减少烧损与氧化。
在本发明中，所述中频感应熔炼的温度优选为1555～1585℃，更优选为1570℃；时间优选为8～12min，更优选为10min，以所有原料均加入并熔化后开始计时。
在本发明中，所述中频感应熔炼炉优选采用碱性炉衬，能够防止合金氧化。在本发明中，为了减少发气源，在合金制备过程中，所有接触的器具均优选进行烘干并去除表面油污或锈迹等杂质。
熔炼完成后，本发明将所得合金熔体进行浇注，得到铸锭。在本发明中，所述浇注的温度优选为1515～1535℃，更优选为1525℃。本发明对所述浇注用模型没有特殊的限制，在本发明的具体实施例中，所述浇注用的铸型为圆柱体模型，所述铸型的尺寸优选为Φ75×180mm。本发明得到铸锭优选为圆柱状，本发明通过浇注成圆柱状便于后续锻打。本发明通过浇注得到奥氏体组织的铸锭。
本发明在进行所述浇注前，优选将所述合金熔体进行扒渣，去除合金熔体中的杂质。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯。在本发明中，所述退火的温度优选为1050～1080℃，更优选为1065℃；时间优选为24～25h。在本发明中，所述退火优选在惰性气氛条件下进行。本发明通过退火处理能够消除铸锭凝固过程中产生的内应力，提供合金的均一化。
得到均匀化合金坯后，本发明将所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到多元铁基形状记忆合金。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为1100～1140℃，更优选为1120℃；所述固溶处理的时间优选为1～3min。
在本发明中，所述淬火处理的温度优选为20～50℃。在本发明中，所述淬火处理优选为水淬。本发明通过固溶处理和淬火处理能够保证所得多元铁基形状记忆合金组织为奥氏体相。
本发明在进行所述固溶处理和淬火处理之前，优选将所述均匀化合金坯进行锻打和切割，得到符合要求的型材。在本发明中，所述锻打的温度优选为1000～1200℃，更优选为1100℃；所述锻打的变形量优选为2％以下，更优选为2％。本发明通过锻打，能够制备各种形状的型材，且在此过程中不会产生裂纹，而且在锻打过程中，组织会细化但没有变化，以奥氏体为主。本发明优选采用线切割的方式将锻打所得型材切割成长宽厚相应为100mm×10mm×1mm的试样。
得到多元铁基形状记忆合金后，本发明将所得多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。在本发明中，所述训练优选包括依次进行的预变形、一次退火处理、回复和二次退火处理；所述一次退火处理和二次退火处理的温度独立地优选为600～650℃。
在本发明的具体实施例中，所述训练方法如图1所示，包括以下步骤：(a)为预变形，在室温下将试样(制备得到的多元铁基形状记忆合金)绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由原始位置0弯曲至位置1)并保持2s；外力取出后，试样会回复至位置2；(b)为将预变形处理后的试样进行退火处理，温度600～650℃，保持10～15min；退火处理完成后，试样会回复至位置3；(c)为在室温下，利用模具约束试样成为平直状态，即原始位置0；(d)为再次进行加热，温度600～650℃，保持60～70min，然后空冷至室温；上述过程称为一次训练，共进行4次训练。
本发明通过(a)预变形使得多元铁基形状记忆合金的组织以马氏体为主；经过(b)退火处理后，合金发生马氏体逆相变，当试样回复至位置3时，合金组成以奥氏体为主；当(d)再次进行加热时，合金发生马氏体相变，此时合金组织以马氏体为主。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
材料为铸造多元Fe-Mn-Si系合金，化学成分按质量百分比计，具体为：Mn 18％，Si5％，Ni 5％，Cr 2％，Ti 1％，Mg 0.5％，B 0.5％，复合稀土0.2％，C 0.15％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.35％，余量为Fe；其中，以复合稀土的质量为100％计，所述复合稀土的化学成分为：La 36％，Ce 34％，Y 1.5％，Nd 1.5％，Pr+Yb+Dy+Sm为0.5％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.30％，余量为Fe；
熔炼方法采取中频感应熔炼炉，使用碱性炉衬，原材料使用低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂，具体过程如下：加料顺序依次为低碳钢→工业纯镍和结晶硅→电解锰→海绵钛和工业纯镁与Fe-12Cr-B中间合金→稀土复合剂，待上一种原料充分熔化后再加入下一种原料，其中稀土复合剂采用炉内冲入法，并辅以轻微搅拌；为减少发气源，炉料、铸型、浇包、工具等都要进行烘干并去除表面油污或锈迹等杂质；所述熔炼的温度为1555℃，待全部熔化后，静置保温12min，扒渣后浇注，浇注温度为1515℃，铸型为Φ75×180mm金属圆柱体模型；将浇注凝固后的铸锭放入电阻炉中进行退火处理，温度为1050℃，时间为25h，得到均匀化合金坯；退火处理结束后，可根据使用需求，将所得均匀化合金坯进行多道锻打，从而获得各种规格的型材；要求锻打的温度为1100℃，且变形量不能超过2％；采用线切割的方式将锻打所得型材切割成长宽厚相应为100mm×10mm×1mm的板材；为确保合金组织为奥氏体相，将所得板材在1120℃下保温2min后进行水淬，水温为20℃，得到多元铁基形状记忆合金。
双程形状记忆效应的训练方法如图1所示，其中，(a)为预变形，在室温下将试样(制备得到的多元铁基形状记忆合金)绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由原始位置0弯曲至位置1)并保持2s；外力取出后，试样会回复至位置2；(b)为将预变形处理后的试样进行退火处理，温度600℃，保持15min；退火处理完成后，试样会回复至位置3；(c)为在室温下，利用模具约束试样成为平直状态，即原始位置0；(d)为再次进行加热，温度600℃，保持70min，然后空冷至室温；上述过程称为一次训练，共进行4次训练。
实施例2
材料为铸造多元Fe-Mn-Si系合金，化学成分按质量百分比计，具体为：Mn 24％，Si7％，Ni 7％，Cr4％，Ti 2％，Mg 0.8％，B 0.8％，复合稀土0.5％，C 0.25％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.35％，余量为Fe；其中，以复合稀土的质量为100％计，所述复合稀土的化学成分为：La 41％，Ce 39％，Y 3.5％，Nd 3.5％，Pr+Yb+Dy+Sm为1.5％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.30％，余量为Fe；
熔炼方法采取中频感应熔炼炉，使用碱性炉衬，原材料使用低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂，具体过程如下：加料顺序依次为低碳钢→工业纯镍和结晶硅→电解锰→海绵钛和工业纯镁与Fe-12Cr-B中间合金→稀土复合剂，待上一种原料充分熔化后再加入下一种原料，其中稀土复合剂采用炉内冲入法，并辅以轻微搅拌；为减少发气源，炉料、铸型、浇包、工具等都要进行烘干并去除表面油污或锈迹等杂质；所述熔炼的温度为1585℃，待全部熔化后，静置保温8min，扒渣后浇注，浇注温度为1535℃，铸型为Φ75×180mm金属圆柱体模型；将浇注凝固后的铸锭放入电阻炉中进行退火处理，温度为1080℃，时间为25h，得到均匀化合金坯；退火处理结束后，可根据使用需求，将所得均匀化合金坯进行多道锻打，从而获得各种规格的型材；要求锻打的温度为1100℃，且变形量不能超过2％；采用线切割的方式将锻打所得型材切割成长宽厚相应为100mm×10mm×1mm的板材；为确保合金组织为奥氏体相，将所得板材在1120℃下保温2min后进行水淬，水温为20℃，得到多元铁基形状记忆合金。
双程形状记忆效应的训练方法如图1所示，其中，(a)为预变形，在室温下将试样(制备得到的多元铁基形状记忆合金)绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由原始位置0弯曲至位置1)并保持2s；外力取出后，试样会回复至位置2；(b)为将预变形处理后的试样进行退火处理，温度650℃，保持10min；退火处理完成后，试样会发生回复至位置3；(c)为在室温下，利用模具约束试样成为平直状态，即原始位置0；(d)为再次进行加热，温度650℃，保持60min，然后空冷至室温；上述过程称为一次训练，共进行4次训练。
实施例3
材料为铸造多元Fe-Mn-Si系合金，化学成分按质量百分比计，具体为：Mn 21％，Si6％，Ni 6％，Cr 3％，Ti 1.5％，Mg 0.65％，B 0.65％，复合稀土0.35％，C 0.2％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.35％，余量为Fe；其中，以复合稀土的质量为100％计，所述复合稀土的化学成分为：La 38.5％，Ce 37.5％，Y 2.5％，Nd 2.5％，Pr+Yb+Dy+Sm为1.0％，不可避免杂质元素单个<0.05％，总量≤0.30％，余量为Fe；
熔炼方法采取中频感应熔炼炉，使用碱性炉衬，原材料使用低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂，具体过程如下：加料顺序依次为低碳钢→工业纯镍和结晶硅→电解锰→海绵钛和工业纯镁与Fe-12Cr-B中间合金→稀土复合剂，待上一种原料充分熔化后再加入下一种原料，其中稀土复合剂采用炉内冲入法，并辅以轻微搅拌；为减少发气源，炉料、铸型、浇包、工具等都要进行烘干并去除表面油污或锈迹等杂质；所述熔炼的温度为1570℃，待全部熔化后，静置保温10min，扒渣后浇注，浇注温度为1525℃，铸型为Φ75×180mm金属圆柱体模型；将浇注凝固后的铸锭放入电阻炉中进行退火处理，温度为1065℃，时间为25h，得到均匀化合金坯；退火处理结束后，可根据使用需求，将所得均匀化合金坯进行多道锻打，从而获得各种规格的型材；要求锻打的温度为1100℃，且变形量不能超过2％；采用线切割的方式将锻打所得型材切割成长宽厚相应为100mm×10mm×1mm的板材；为确保合金组织为奥氏体相，将所得板材在1120℃下保温2min后进行水淬，水温为20℃，得到多元铁基形状记忆合金。
双程形状记忆效应的训练方法如图1所示，其中，(a)为预变形，在室温下将试样(制备得到的多元铁基形状记忆合金)绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由原始位置0弯曲至位置1)并保持2s；外力取出后，试样会回复至位置2；(b)为将预变形处理后的试样进行退火处理，温度625℃，保持12min；退火处理完成后，试样会发生回复至位置3；(c)为在室温下，利用模具约束试样成为平直状态，即原始位置0；(d)为再次进行加热，温度625℃，保持65min，然后空冷至室温；上述过程称为一次训练，共进行4次训练。
对比例1
材料为铸造铁合金，化学成分按质量百分比计算，具体为：Mn 22～28％，Si 5～7％，Ni 1～6％，Ti 0～1％，余为铁；原材料均为纯度大于99％的单质，按照上述合金成分配比，采用真空熔炼炉，抽真空至4.0×10-3Pa后，向真空室内充入惰性气体氩气；为确保成分均匀，如此反复熔炼4次，浇注成圆柱形铸锭；用砂轮机将所述圆柱形铸锭表面氧化层打磨去除，采用线切割的方式将锻打所得型材切割成长宽厚相应为100mm×10mm×1mm的板材；
双程形状记忆效应的训练方法如图1所示，其中，(a)为预变形，在室温下将试样(制备得到的多元铁基形状记忆合金)绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由原始位置0弯曲至位置1)并保持2s；外力取出后，试样会回复至位置2；(b)为将预变形处理后的试样进行退火处理，温度600～650℃，保持10～15min；退火处理完成后，试样会发生回复至位置3；上述过程称为一次训练，共进行4次训练。
采用弯曲变形法对实施例1～3和对比例1的双程形状记忆效应进行测量，如图2所示。为确保结果准确性，测试三次结果的平均值作为最终结果，具体方法为：首先，将试样绕直径d为10mm的圆柱棒弯曲180°(即由初始位置0弯曲至位置1)并保持2s；然后，去除外力使得试样自主恢复，即达到位置2，用量角器测量θe的大小并记录；最后，加热试样至600～650℃使其完成马氏体逆相变，此时试样自主恢复至位置3，用量角器测量θm的大小并记录。
记忆效应大小用变形回复率表示，具体为：η＝θm/(180-θe)×100％，将测试结果带入该公式进行计算即可，所得测试结果如表1所示。
表1双程形状记忆效应测试结果
编号 回复率
实施例1 86.5％
实施例2 88％
实施例3 90％
对比例1 65～75％
由表1可知，本发明提供的多元铁基形状记忆合金具有优良的双程形状记忆效应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高多元铁基形状记忆合金双程形状记忆效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料进行中频感应熔炼和浇注，得到铸锭；
(2)将步骤(1)所述铸锭进行退火处理，得到均匀化合金坯；
(3)将步骤(2)所述均匀化合金坯依次进行固溶处理和淬火处理，得到多元铁基形状记忆合金；
(4)对所述多元铁基形状记忆合金进行训练，得到具有高双程形状记忆效应的多元铁基形状记忆合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述Fe-Mn-Si系形状记忆合金原料包括低碳钢、电解锰、结晶硅、工业纯镍、海绵钛、工业纯镁、Fe-12Cr-B中间合金和稀土复合剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述中频感应熔炼的温度为1555～1585℃，时间为8～12min。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述浇注的温度为1515～1535℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述退火处理的温度为1050～1080℃，时间为24～25h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述固溶处理的温度为1100～1140℃，固溶处理的时间为1～3min。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述淬火处理的温度为20～50℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述训练包括依次进行的预变形、一次退火处理、回复和二次退火处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述一次退火处理和二次退火处理的温度独立地为600～650℃。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111926267A (zh) * 2020-09-10 2020-11-13 燕山大学 一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法
CN114807783A (zh) * 2022-05-17 2022-07-29 派来福(绍兴)记忆合金新材料科技有限责任公司 一种用于特定温度下的不锈钢管接头的铁基形状记忆合金及制备方法
CN116219259A (zh) * 2023-03-10 2023-06-06 佛山市高明欧一电子制造有限公司 一种用于温控装置的记忆金属的制备方法
CN116973225A (zh) * 2023-07-31 2023-10-31 哈尔滨工业大学 用于形状记忆效应宏观展示以及量化的可视化测试装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001096307A (ja) * 1999-09-28 2001-04-10 Tokin Corp 形状記憶合金チューブの製造方法
JP2004115864A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Hiroshi Kubo 鉄基形状記憶合金
CN101240388A (zh) * 2008-03-18 2008-08-13 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种提高复合稀土铜锌铝形状记忆合金双程记忆效应的方法
CN104342596A (zh) * 2013-08-09 2015-02-11 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种提高低锰铁基合金记忆性能的淬火工艺方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001096307A (ja) * 1999-09-28 2001-04-10 Tokin Corp 形状記憶合金チューブの製造方法
JP2004115864A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Hiroshi Kubo 鉄基形状記憶合金
CN101240388A (zh) * 2008-03-18 2008-08-13 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种提高复合稀土铜锌铝形状记忆合金双程记忆效应的方法
CN104342596A (zh) * 2013-08-09 2015-02-11 镇江忆诺唯记忆合金有限公司 一种提高低锰铁基合金记忆性能的淬火工艺方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111926267A (zh) * 2020-09-10 2020-11-13 燕山大学 一种耐腐蚀Fe-Mn-Si-Cr-Ni-Ti形状记忆合金及其制备方法
CN114807783A (zh) * 2022-05-17 2022-07-29 派来福(绍兴)记忆合金新材料科技有限责任公司 一种用于特定温度下的不锈钢管接头的铁基形状记忆合金及制备方法
CN114807783B (zh) * 2022-05-17 2023-03-31 派来福(绍兴)记忆合金新材料科技有限责任公司 一种用于特定温度下的不锈钢管接头的铁基形状记忆合金及制备方法
CN116219259A (zh) * 2023-03-10 2023-06-06 佛山市高明欧一电子制造有限公司 一种用于温控装置的记忆金属的制备方法
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