SU1826994A3

SU1826994A3 - Сплав на основе железа с эффектом памяти формы

Info

Publication number: SU1826994A3
Application number: SU894613799A
Authority: SU
Inventors: Moriya Yutaka; Sanpej Tetsuya; Tagava Khisatosi
Original assignee: Nippon Kokan Kk
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1993-07-07
Also published as: KR890016203A; KR920001633B1; EP0336157B1; DE68902498D1; CA1324012C; US4929289A; DE68902498T2; EP0336157A1

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе железа с эффектом памяти формы.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации 30%.

Предложен сплав на железной основе с эффектом запоминания формы, состоящий, из мас.%: 0,5-5,0 хрома, 2,5-7,6 кремния,

1,4-14,8 марганца и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, включающей в себя 1,9-18,2 мас.% никеля, 1,3-27,9 мас.% кобальта, 0,5-2,7 мас.% меди и 0,002-0,381 мас.% азота, где Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со+ 0,06 Си+ 0,002 N ^0,67 (Сг+ 1,2 Si), железо и случайные примеси.

Были проведены обширные исследования для получения сплава на железной ос нове типа h_Cp., способного восстанавливать форму. В результате было обнаружено следующее:

1. Хром выполняет функцию снижения энергии дефектов упаковки аустенита и улучшает коррозионную стойкость сплава. Кроме того, хром имеет другую функцию, а именно повышение предела текучести аустенита. Однако при содержании хрома ниже 0,5 мас.% требуемый эффект не может достигаться. С другой стороны, содержание хрома свыше 5,0 мас.% не допускается по следующим причинам: поскольку хром является элементом, образующим феррит, то повышенное содержание хрома препятствует образованию аустенита. Поэтому для образования аустенита в сплав согласно изобретению добавляют по меньшей мере один

1826994 АЗ элемент: марганец, никель, кобальт, медь и азот, которые являются аустенитобразующими элементами. Для повышенногосодержания хрома упомянутые аустенитобразующие элементы необходимо также добавлять в большом количестве. Однако добавка аустенитобразующих элементов в большом количестве неэкономична. По этим причинам при содержании хрома свыше 5,0 мас.% необходимость высокого содержания аустенитобразующих элементов приводит к экономическим потерям. Поэтому содержание хрома должно быть ограничено в пределах 0,5-5,0 мас.%.

2. Кремний уменьшает энергию дефектов упаковки аустенита. Также кремний увеличивает предел текучести аустенита. Однако при содержании кремния ниже 2,5 мас.% требуемый эффект, как было указано, не может достигаться. С другой стороны, при содержании кремния свыше 7,6 мас.% пластичность сплава серьезно ухудшается и значительно ухудшается способность обработки в горячем и холодном состоянии. Поэтому содержание кремния должно быть ограничено интервалом от 2,5 до 7,6 мас.%.

3. Марганец является сильным аустенитобразующим элементом и делает маточную фазу сплава до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества εмартенсита. Однако при содержании марганца ниже 1,4 мас.% требуемый эффект не достигается. С другой стороны, при > 14,8 мас.% марганца ухудшает коррозионную стойкость и легко образуется δ -фаза. Поэтому содержание марганца должно быть ограничено 1,4-14,8 мас.%.

4. Никель является аустенитобразующим элементом. При содержании никеля ниже 1,9 мас.% требуемый эффект не может быть достигнут. С другой стороны, при содержании никеля свыше 18,2 мас.% точка превращения ε -мартенсита (точка MS) будет смещаться, главным образом, всторону низкотемпературной зоны и температура, при которой прилагается пластическая деформация к сплаву, становится очень низкой. Поэтому содержание никеля должно быть ограничено пределом 1,9-18,2 мас.%.

5. Кобальт представляет аустенитобразующий элемент и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества ε -мартенсита. Кроме того, кобальт не снижает точку MS, тогда как марганец, никель, медь и азот снижают точку MS. Поэтому кобальт является очень эффективным элементом для регулирования точки MS е. требуемом температурном интервале. Однако при содержании кобальта ниже 1,3 мас.% требуемый эффект не может достигаться. Увеличение содержания кобальта более 27,9%. Поэтому содержание кобальта должно быть ограничено пределом 1,3-27,9 мас.%.

6. Медь является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, как исключительно состоящую из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества εмартенсита. Кроме того, медь имеет функцию улучшать коррозиестойкость сплава. Однако, как упоминалось, при содержании сплава ниже 0,5 мас.% требуемый эффект не может достигаться. С другой стороны, при содержании меди свыше 2,7 мас.% образование ε-мартенсита исключается. Причиной является то, что медь имеет функцию увеличивать энергию дефектов упаковки аустенита. Таким образом, содержание меди должно быть ограничено пределом 0,5-2,7 мас.%.

7. Азот является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества εмартенсита. Кроме того азот имеет функцию улучшать коррозиестойкость сплава и увеличивать предел текучести аустенита. Однако при содержании азота ниже 0,002 мас.% требуемый эффект не может достигаться. С другой стороны, при содержании азота свыше 0,381 мас.% упрощается образование нитридов хрома и кремния и ухудшается свойство восстанавливать форму сплава. Поэтому содержание азота должно быть ограничено пределом 0,002-0,381 мас.%.

8. Отношение общего содержания аустенитобразующих элементов к общему содержанию ферритобразующих элементов:

необходимо до приложения пластической деформации, чтобы маточная фаза сплава при определенной температуре состояла исключительно из аустенита или в основном из аустенита и небольшого количества ε-мартенсита. Поэтому согласно настоящему изобретению должны быть удовлетворены следующие формулы поми

J мо упомянутых ограничений химического состава предложенного сплава:

Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 N> ^0,67 (Сг+1,2 Si)

Способность аустенитобразующих элементов, содержащихся в сплаве согласно изобретению, образовывать аустенит, выражена следующим образом в значениях эквивалента никеля: Эквивалент никеля: Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 N.

Эквивалент никеля является индикатором способности образовывать аустенит.

Способность ферритобразующих элементов, содержащихся в сплаве согласно изобретению, образовывать феррит выражена следующим образом в значениях эквивалента хрома: Эквивалент хрома: Сг + 1,2 Si.

Эквивалент хрома является индикатором способности образовывать феррит.

Если удовлетворяется упомянутая формула, то до приложения пластической деформации к сплаву при определенной температуре маточная фаза сплава может исключительно состоять из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества ε-мартенсита.

9. Содержание углерода, фосфора и серы, которые являются примесями, должно составлять: до 1 мас.% углерода, 0,1 мас.% фосфора и 0,1 мас.% серы.

Теперь предложенный сплав на железной основе, способный восстанавливать свою форму будет описан подробно на примерах в сравнении с легированными сталями вне объема настоящего изобретения.

Пример. Легированные стали, имеющие химический состав в объеме изобретения (табл. 1), плавили в плавильной печи при атмосферном давлении или в вакууме, затем отливали в слитки. Затем полученные слитки нагревали до температуры в интервалах 1000-1250°С и прокатывали в горячем состоянии до толщины 12 мм для приготовления образцов легированных сталей согласно изобретению (образцы согласно изобретению) № 1-12 и сравнительных образцов легированных сталей вне объема настоящего изобретения (образцы для сравнения) № 1-9.

После этого определили свойства восстанавливать форму и коррозионную стойкость для каждого образца по следующим методикам.

Результаты этих испытаний представлены в табл. 2.

(1) Свойство восстанавливать форму:

Свойство восстанавливать форму было исследовано испытанием на разрыв, которое заключалось в следующем: отрезали образец в виде круглого прутка диаметром 6 мм и расчетной длины 30 мм от каждого образца № 1-11 согласно изобретению и сравнительных образцов 1-9, приготовленных как описано; к каждому отрезанному образцу прилагали деформацию растяжения 4% при температуре, указанной в табл. 2, затем каждый образец нагревали до определенной температуры выше точки Af и близкой к точке Af, затем измеряли расчетную длину каждого образца после приложения растягивающего усилия и нагрева: и вычисляли степень восстановления формы на основе результата измерения расчетной длины для оценки свойства сплава восстанавливать форму для каждого образца. Результат испытания на растяжение также показан в табл. 2 в колонке Свойство восстанавливать форму.

Критерии оценки свойства восстанавливать форму были следующими:

о : степень восстановления формы от 30 до ниже 70%; и : степень восстановления формы ниже 30%.

Степень восстановления формы вычислили согласно следующей формулы:

Степень восстановления формы, % Li — L?

X 100 ,

Li - Lo где Lo - начальная расчетная длина образца;

Li - расчетная длина образца после_ приложения растягивающего усилия:

Ьг - расчетная длина после нагрева.

Поскольку точка MS является различной для образцов, то для каждого образца была установлена оптимальная температура для приложения пластической деформации. Такие температуры указаны втабл.2 в колонке Температура деформации.

(2) Коррозионная стойкость.

Для определения коррозионной стойкости каждого образца №1-12 согласно изобретению и сравнительных образцов № 1-9 применяли испытание на воздействие воздухом в течение года. После завершения испытания определяли отношение общей площади, пораженных ржавчиной частей к единице площади на поверхности каждого образца (ниже будет просто называться коэффициент возникновения ржавчины), а состояние возникновения ржавчины оцени7 вали на основе определенного таким образом коэффициента возникновения ржавчины для каждого образца. Результат этого испытания также показан в табл. 2 в колонке Коррозионная стойкость. 5

Критерии оценки возникновения ржавчины были следующие:

о : коэффициент возникновения ржавчины менее 20% х: коэффициент возникновения ржавчи- 1 θ ны равен как минимум 20%.

Как было описано подробно, сплав на железной основе, способный восстанавливать форму, согласно изобретению, имеет свойство восстанавливать форму и коррозионную стойкость и его можно применять для соединения труб, различных крепежных устройств и т.п., а также в качестве биомате,риала, причем он позволяет снизить jq производственные расходы и следовательно получить положительные эффекты для промышленного применения.

Claims

Формула изобретения

Сплав на основе железа с эффектом па- 25 мяти формы, содержащий марганец, крем ний и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации не менее 30%, сплав дополнительно содержит по меньшей мере один компонент из группы, включающей никель, кобальт, медь и азот, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром 0,5-5 Кремний 2,5-7,6 Марганец 1,4-14% по меньшей мере, один компонент из группы, включающей никель 1,9-18,; Кобальт 1,3-27% Медь 0,5-2,7 Азот 0,002-0,3!

при условии выполнения соотношения

Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,02 N >

>0,67 (Сг+ 1,2 Si)

Железо Остальное

Таблица 1

Сплав Химический состав (Wt, % ) Сг Si Мп NI Со Си N Предложенный 3,8 2,5 14,3 6,0 - - 0,003 3,5 5,8 12,1 7,5 - - 0,003 3,6 7,6 10,5 10,3 - . - 0,004 4,8 5,9 1,4 7,5 14,3 - - 0,5 6,2 12,4 8,1 6,7 - 0,003 4,5 5,9 14,6 1,9 1,3 1,8 . 0,013 3,8 5,8 5,8 18,2 - - - 4,7 6,3 8,8 - 27,9 - 0,003 1,0 5,9 12,3 7,0· - 0,5 0,002 1,2 6,1 7,8 6,5 6,8 2,7 0,004 3,1 6,3 10,7 7,5 - - 0,381 5,0 5,8 14,8 4,9 - - 0,002 Прототип 3,4 5,9 16,6 5,8 - 0,004

Таблица2

№ № п/п t деформации ЭЗФ Коррозионная стойкость Предложенный сплав Ком. тем-ра О О _н_ Ком.тем-ра © О - 80°С © О Ком.тем-ра © О Ком.тем-ра О О Ком.тем-ра © О - 196°С Ό 0 Ком.тем-ра © 0 Ком. тем-ра -80°С © О О О - 80°С © О Ком. тем-ра © О Прототип Ком.тем-ра X О