RU2009256C1

RU2009256C1 - Iron based shape-metal alloy

Info

Publication number: RU2009256C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Захарович Винтайкин; Александр Александрович Гуляев; Елена Леонидовна Свистунова
Original assignee: Евгений Захарович Винтайкин; Александр Александрович Гуляев; Елена Леонидовна Свистунова
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: iron based shape-metal alloy contains (in % by mass): manganese 27-32; silicon 3-6; carbon 0.05-0.10; nitrogen 0.05-0.10; one or several components from the group of vanadium 0.05-0.15; columbium 0.05- 0.20; titan 0.05-0.10; iron - the balance. The alloy ensures increased mechanical properties of Fe-Mn-Si shape-metal alloys and reduction of the martensite transformation temperature to - 20 + 20 C. EFFECT: increased mechanical properties. 2 tbl

Description

Изобретение относится к сплавам с эффектом запоминания формы, которые предполагается использовать в промышленности для безрезьбовых соединений труб, стопоров, аварийных регуляторов нагрева и др. The invention relates to alloys with a shape memory effect that are intended to be used in industry for threadless pipe joints, stoppers, emergency heating controllers, etc.

Известен сплав нитинол (Ni - 49+51 мас. % Тi) с обратимым эффектом запоминания формы. Сплав имеет следующие свойства:
Степень восстановления формы (СВФ), % 6-8
Температура начала
мартенситного превра- щения (М_н), ^оС 100-+100^оС
Гистерезис мартенситного превращения (М_н-А_н), ^о 30
Предел текучести (σ₀₂) при 20^оС, МПа 180
Недостатком сплава является низкий предел текучести, малый гистерезис, сильная зависимость М_н от состава, плохая технологичность, дороговизна.Known alloy nitinol (Ni - 49 + 51 wt.% Ti) with a reversible shape memory effect. The alloy has the following properties:
The degree of recovery of the form (SVF),% 6-8
Start temperature
martensitic transformation (M _n ), ^о С 100- + 100 ^о С
Hysteresis of the martensitic transformation (M _n -A _n ), ^about 30
Yield strength (σ ₀₂ ) at 20 ^о С, MPa 180
The disadvantage of the alloy is a low yield strength, low hysteresis, a strong dependence of M _n on the composition, poor processability, high cost.

Наиболее близким к заявляемому сплаву является сплав на железной основе следующего состава, мас. % : Марганец 20-40 Кремний 3,5-8,0 Углерод 0,05-0,1 Железо Остальное
Сплав имеет следующие свойства: СВФ, % 2
Температура начала мар-
тенситного превращения (М_н), ^оС 20-50
Гистерезис мартенситного превращения (М_н-А_н), ^о 120-250 Предел текучести (σ₀₂), МПа 350 Предел прочности (σ_в), МПа 850
Недостатком сплава являются относительно невысокие прочностные свойства и высокие значения М_н (выше комнатной температуры). Понижение М_н Fе-Мn-Si сплавов до (-20 + 20^оС) даст возможность улучшить основное свойство сплава - СВФ при его нагреве до температуры обратного мартенситного превращения после предварительной деформации при комнатной температуре.Closest to the claimed alloy is an iron-based alloy of the following composition, wt. %: Manganese 20-40 Silicon 3.5-8.0 Carbon 0.05-0.1 Iron Else
The alloy has the following properties: SVF,% 2
Start temperature
tensitic transformation (M _n ), ^about 20-50
The hysteresis of martensitic transformation (M _n -A _n) ^of 120-250 Yield stress (σ _02), MPa 350 Tensile strength (σ _c) 850 MPa
The disadvantage of the alloy is the relatively low strength properties and high values of M _n (above room temperature). Lowering M _n Fe-Mn-Si alloys up to (-20 + 20 ° ^C) will improve the basic properties of the alloy - SVF when it is heated to a temperature reverse martensitic transformation after pre-deformation at room temperature.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств и понижение М_н до уровня (-20 + 20^оС).The technical result of the invention is to increase the strength properties and lowering M _n to the level of (-20 + 20 ^about C).

Это достигается тем, что сплав на основе Fе, содержащий Мn, Si и С, дополнительно содержит азот, а также один или несколько элементов из группы: ниобий, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Марганец 27-32 Кремний 3-6 Углерод 0,05-0,10 Азот 0,05-0,10 Ванадий и/или 0,05-0,15 Ниобий и/или 0,05-0,20 Титан 0,05-0,10 Железо Остальное при этом суммарное содержание углерода и азота должно быть не более 0,15, а суммарное содержание ванадия, ниобия и титана - не более 0,20% . This is achieved by the fact that the Fe-based alloy containing Mn, Si and C additionally contains nitrogen, as well as one or more elements from the group: niobium, vanadium, titanium in the following ratio of components, wt. %: Manganese 27-32 Silicon 3-6 Carbon 0.05-0.10 Nitrogen 0.05-0.10 Vanadium and / or 0.05-0.15 Niobium and / or 0.05-0.20 Titanium 0 , 05-0.10 Iron The rest while the total content of carbon and nitrogen should be no more than 0.15, and the total content of vanadium, niobium and titanium - not more than 0.20%.

Изобретение основано на том, что ниобий, ванадий и титан образуют с азотом и углеродом карбонитриды, располагающиеся преимущественно по границам зерен и сдерживающие рост размера зерен при нагреве под закалку (Т_з= 1100^оС), что приводит к повышению прочностных свойств сплава. Небольшое количество ниобия и/или ванадия и/или титана, остающееся после образования карбонитридов в твердом растворе, вызывают понижение М_н ниже комнатной температуры (Т_к) и, следовательно, препятствует образованию ε-мартенсита охлаждения при Т_к, появление которого нежелательно сказывается на СВФ.The invention is based on the fact that the niobium, vanadium and titanium form with the nitrogen and carbon carbonitrides, which are located mainly at grain boundaries and the grain growth size constraints during heating for quenching (T _h = 1100 ° ^C), which leads to an increase in alloy strength properties. A small amount of niobium and / or vanadium and / or titanium remaining after the formation of carbonitrides in a solid solution causes a decrease in M _n below room temperature (T _k ) and, therefore, prevents the formation of ε-martensite cooling at T _k , the appearance of which undesirably affects SVF.

Уменьшение в сплаве содержания углерода и азота менее 0,05 мас. % , V или Nb или Тi менее 0,05 мас. % не приводит к существенному увеличению прочностных свойств из-за малой объемной доли образовавшихся карбонитридов. The decrease in the alloy content of carbon and nitrogen is less than 0.05 wt. %, V or Nb or Ti less than 0.05 wt. % does not lead to a significant increase in strength properties due to the small volume fraction of carbonitrides formed.

Увеличение в сплаве содержания V более 0,15 мас. % Nb более 0,20 мас. % и Тi более 0,10 мас. % и суммарного содержания V, Nb и Тi более 0,2 мас. % приводит к резкому росту объемной доли карбонитридов, а увеличение содержания азота или углерода более 0,1 мас. % и суммарного содержания азота и углерода более 0,15 мас. % вызывает увеличение доли этих элементов, находящихся в твердом растворе, что отрицательно сказывается на СВФ. The increase in the alloy V content of more than 0.15 wt. % Nb more than 0.20 wt. % and Ti more than 0.10 wt. % and the total content of V, Nb and Ti more than 0.2 wt. % leads to a sharp increase in the volume fraction of carbonitrides, and an increase in the content of nitrogen or carbon more than 0.1 wt. % and the total content of nitrogen and carbon more than 0.15 wt. % causes an increase in the proportion of these elements in solid solution, which negatively affects the SVF.

Предлагаемые сплавы выплавляли в открытой индукционной печи и затем проковывали при 1150^оС на прутки и сутунки, из которых изготавливали образцы для механических испытаний и определения СВФ. Химический состав сплавов приведен в табл. 1.The proposed alloy smelted in an open induction furnace and then prokovyvali at 1150 ^{° C} into bars and billets from which the samples were prepared for mechanical testing and determining SVF. The chemical composition of the alloys is given in table. 1.

Свойства предлагаемого и известного сплавов приведены в табл. 2 (известный сплав следующего состава, мас. % : Мn 30; Si 5; С 0,05; Fе - остальное). The properties of the proposed and known alloys are given in table. 2 (a known alloy of the following composition, wt.%: Mn 30; Si 5; C 0.05; Fe - the rest).

Как видно из табл. 2, предложенный сплав обладает повышенными прочностными характеристиками и Мн ниже 20^оС. (56) Заявка ЕПВ N 0176272, кл. С 22 С 38/04, 1986.As can be seen from the table. 2, the proposed alloy possesses high strength characteristics and Mn is below 20 ^° C (56) N EPO Application 0176272, cl. C 22 C 38/04, 1986.

Claims

ALLOY ON THE BASIS OF IRON WITH EFFECT OF REMEMBERING FORM, containing manganese, silicon and carbon, characterized in that it additionally contains nitrogen, as well as one or more elements from the group consisting of vanadium, niobium and titanium, in the following ratio of components, wt. %:
Manganese 27.00 - 32.00
Silicon 3.00 - 6.00
Carbon 0.05 - 0.10
Nitrogen 0.05 - 0.10
one or more elements from the group containing
Vanadium 0.05 - 0.15
Niobium 0.05 - 0.20
Titanium 0.05 - 0.10
Iron Else
provided that the total carbon and nitrogen content is not more than 0.15 wt. %, and the total content of vanadium, niobium and titanium is not more than 0.20 wt. %