WO2018219463A1 - Fe-Mn-Si FORMGEDÄCHTNISLEGIERUNG - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a shape memory alloy, in particular a shape memory alloy comprising a base alloy of iron, manganese, silicon and chromium and a method for producing the shape memory alloy according to the invention.
- Shape memory alloys are alloys that can exist in two different crystal structures. After a previous plastic deformation, these alloys can be brought into their old form by exceeding the A s temperature, which is referred to as a disposable effect. There are also alloys that remember their shape at two different temperatures. Such then have a so-called. Two-way effect. Furthermore, shape memory alloys can show a pseudoelastic behavior characterized by a reversible stress-induced martensitic transformation.
- the thermal, chemical and mechanical behavior is largely determined by the alloy composition and the microstructure.
- Ni-Ti alloys So far, mostly nickel and titanium based shape memory alloys have been used. They show excellent properties with regard to reversibility, number of cycles and transformation temperatures. Due to the high price of the Ni-Ti alloys and the limited formability, the fields of application are limited and only come into question where, for example, smaller quantities of the material are required.
- Iron-based shape memory alloys such as Fe-Mn-Si alloys, have a significantly lower price than Ni-Ti alloys, but have a low number of cycles, a strongly decreasing recovery with increasing pre-strains.
- Another advantage of the iron-based alloys as opposed to Ni-Ti alloys is the residual stress that makes the iron-based alloys very interesting for civil engineering applications.
- EP 1 123 983 an Fe-based alloy is known, which in addition to manganese, silicon and chromium has small amounts of the elements niobium and carbon.
- the disclosed composition has a restoring tension of 160 MPa at most.
- EP 1 574 587 discloses an Fe-based alloy system which is the same in terms of elements and has values for the maximum restoring stress of 320 MPa.
- the present invention has the object to provide an iron-based shape memory alloy, which in addition to the improved restoring tension also has an over the prior art improved recovery.
- the alloy according to the invention has a nearly constant restoring stress at a pre-strain of 1 to 10%.
- the alloy composition according to the invention has excellent reversibility of the phase transformation.
- the vanadium and carbon elements are present in the shape memory alloy in the form of vanadium carbide nanoparticles.
- VC nanoparticles have a small atomic radius difference so that they fit very well into face-centered cubic lattices.
- the VC nanoparticles in the shape memory alloy occupy a volume in the range of 0.1 to 3% by volume.
- the formation of stacking faults and martensite is optimally promoted.
- the shape memory alloy has an austenitic basic structure with coherently and / or partially coherently integrated VC nanoparticles.
- Coherent precipitates have lattice parameters that differ only slightly from the lattice of the present Fe-Mn-Si-Cr base alloy. As a result, the grid can pass into the grid of precipitation with virtually no major geometric distortion.
- the Phase boundary is coherent. Because of the necessary adaptation of the lattice to the diverging lattice of the precipitate, however, the matrix is also clamped in a large area around the precipitate. Hardening by coherent precipitates is most effective because the hardness of the intermediate compound is superimposed on the strain of the matrix.
- the lattice of partially coherent precipitates can no longer be completely matched to the lattice of the base alloy.
- Some transition between matrix and excretion is e.g. achieved in that at the phase boundary in a regular sequence dislocations are formed. Again, the matrix is clamped around the excreta.
- the VC nanoparticles therefore preferably have a size in the range from 2 to 50 nm, more preferably 10 to 50 nm.
- the shape memory alloy has a phase transition temperature M s and As in the range of 0 ° C to 450 ° C, more preferably in the range of 120 to 370 ° C.
- the present invention relates to a method for producing a shape memory alloy comprising the steps of: i) melting and casting a pure element mixture consisting of (in% by weight):
- the pure element mixture was an alloy consisting of an iron carrier based on Armco iron and defined alloying additions with specific degrees of purity of manganese 99.9%; Silicon 75%; Chromium 99.5%; Vanadium 71, 1% and low-sulfur coal ( ⁇ 10 ppm sulfur) used.
- the resulting ingot is hot rolled to a thickness in the range of 1 to 6 mm.
- a roller end temperature in the range of 750 to 1040 ° C, preferably 750 to 900 ° C is set.
- the method further comprises the steps of: iii) annealing and cooling in a first temperature and time window, and iv) annealing and cooling in a second temperature and time window, both temperature and time windows with respect to the temperature and Duration differ.
- step iii) is achieved according to the inventive method that the alloying elements dissolve in the matrix.
- the alloying elements dissolve in the matrix.
- Homogenmaschinesglühens no VC nanoparticles form, since the atoms are preferably present in solution under these conditions.
- the annealing in step iii) takes place in a temperature range of 1100-1300 ° C for 200-480 minutes.
- the sample is cooled in a defined manner after the annealing in step iii), so that the VC nanoparticles are precipitated in the correct size, quantity and distribution.
- the annealing in step iii) takes place under protective atmosphere.
- the annealing in step iv) therefore takes place in a temperature range of 700-1000 ° C. for 60-180 minutes.
- the present invention also relates to a shape memory alloy produced by the method according to the invention.
- the shape memory alloy thus prepared has a restoring tension of at least 500 MPa, more preferably 600 MPa.
- the shape memory alloy thus prepared has a recovery of at least 75% at a pre-strain of 5%.
- the present invention relates to the use of the shape memory alloy according to the invention as a connecting element and / or as a damping element.
- Preferred fasteners are systems for securing, loosening, prestressing and assembly of machine elements, components and / or structural parts (constructions) and / or for fastening, for example screws, bolts, etc.
- fasteners are fasteners and / or reinforcing elements, such. B. mats.
- a particularly preferred connecting element is an anchoring device, such. B. a dowel.
- FIG. 2 shows a diagram with results from tempered bending tests
- FIG. 3 shows HRTEM images of precipitated VC nanoparticles that are coherently (c) or partially coherently (a, b) integrated.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formgedächtnislegierung mit einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Rückstellspannung, wobei die Formgedächtnislegierung eine Zusammensetzung aufweist bestehend aus (in Gew.-%): - 25–30 Mn, - 4–8 Si, - 3–7 Cr, - 0,5–1 V, - 0,1–0,5 % C, und - Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Description
Fe-Mn-Si Formgedächtnislegierung Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formgedächtnislegierung, insbesondere eine Formgedächtnislegierung umfassend eine Basislegierung aus Eisen, Mangan, Silizium und Chrom sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung.
Technischer Hintergrund
Formgedächtnislegierungen sind Legierungen, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können. Nach einer vorangegangenen plastischen Verformung können diese Legierungen durch Überschreiten der As-Temperatur in ihre alte Form gebracht werden, was als Einweg-Effekt bezeichnet wird. Ferner existieren Legierungen, die bei zwei unterschiedlichen Temperaturen ihre Form erinnern. Solche weisen dann einen sog. Zweiweg-Effekt auf. Des Weiteren können Formgedächtnislegierungen ein pseudoelastisches Verhalten zeigen, das durch eine reversible spannungsinduzierte martensitische Umwandlung charakterisiert ist.
Das thermische, chemische und mechanische Verhalten wird dabei maßgeblich durch die Legierungszusammensetzung und die Mikrostruktur bestimmt.
Bislang werden größtenteils auf Nickel und Titan basierende Formgedächtnislegierungen verwendet. Sie zeigen hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Reversibilität, Zyklenzahl und Umwandlungstemperaturen. Durch den hohen Preis der Ni-Ti-Legierungen und die begrenzte Umformbarkeit sind die Anwendungsgebiete begrenzt und kommen nur dort infrage, wo beispielsweise kleinere Mengen des Materials erforderlich sind.
Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen, wie Fe-Mn-Si-Legierungen haben einen deutlich niedrigeren Preis als Ni-Ti-Legierungen, weisen jedoch eine geringe Zyklenzahl, eine stark abnehmende Rückverformung bei steigenden Vordehnungen auf. Ein weiterer Vorteil der Eisen-basierten Legierungen im Gegensatz zu Ni-Ti-Legierungen besteht bei der verbleibenden Rückstellspannung, die die Eisen-basierten Legierungen für Anwendungen im Bauingenieurbereich sehr interessant macht.
Aus der EP 1 123 983 ist eine Fe-basierte Legierung bekannt, die neben Mangan, Silizium und Chrom geringe Mengen der Elemente Niob und Kohlenstoff aufweist. Die offenbarte Zusammensetzung weist hierbei eine Rückstellspannung von maximal 160 MPa auf.
In der EP 1 574 587 wird ein in Bezug auf die Elemente gleiches Fe-basiertes Legierungssystem offenbart mit Werten für die Rückstellspannung von maximal 320 MPa.
Ein anderes Eisen-basiertes Legierungssystem bestehend aus Eisen, Mangen, Silizium, Chrom, Nickel sowie den Elementen Vanadium und Kohlenstoff mit Werten für die Rückstellspannung von maximal 470 MPa wird in der EP 2 141 251 Bl offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine Eisen-basierte Formgedächtnislegierung bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Rückstellspannung aufweist.
Ferner hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Eisen-basierte Formgedächtnislegierung bereitzustellen, die neben der verbesserten Rückstellspannung zudem eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Rückverformung aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Formgedächtnislegierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung mit den Merkmalen des Patenanspruchs 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Formgedächtnislegierung bestehend aus (in Gew.-%):
25 - 30 Mn,
4 - 8 Si,
3 - 7 Cr,
0,5 - I V,
0, 1 - 0,5 % C, und
Rest Eisen,
sowie unvermeidbare Verunreinigungen eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Rückstellspannung aufweist.
Vorzugsweise beträgt diese für das erfindungsgemäße Legierungssystem mindestens 500 MPa, mehr bevorzugt mindestens 600 MPa.
Des Weiteren hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäße Legierung bei einer Vordehnung von 1 bis 10 % eine nahezu konstante Rückstellspannung aufweist.
Weiterhin hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung eine hervorragende Reversibilität der Phasenumwandlung aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante liegen die Elemente Vanadium und Kohlenstoff in der Formgedächtnislegierung in Form von Vanadiumcarbid-Nanopartikeln vor.
VC-Nanopartikel weisen eine geringe Atomradiendifferenz auf, so dass sie sich sehr gut in kubisch-flächenzentrierte Gitter einfügen.
Ausgehend von den VC-Nanopartikeln findet eine Initiierung der Martensitbildung statt, da die Bildung von Stapelfehlern und dann feinen Martensitplatten auf bestimmten Gleitebenen bevorzugt stattfindet. Um die ausgeschiedenen VC-Nanopartikel bilden sich Partial- versetzungen, welche die Bildung von Stapelfehlern ermöglichen. Durch eine Anhäufung der Partialversetzungen auf den bestimmten Gleitebenen wird nach Anlegen einer externen Spannung die Bewegung der Partialversetzungen auf diesen Gleitebenen begünstigt. Insbesondere wandelt sich die kubisch-flächenzentrierte Austenitphase an diesen Stellen in die hexagonal dichtest gepackte Martensitphase um.
Vorzugsweise nehmen die VC-Nanopartikel in der Formgedächtnislegierung ein Volumen im Bereich von 0, 1 - 3 Vol.-% ein. In Kombination mit der Größe der Nanopartikel wird so die Bildung von Stapelfehlern und Martensit optimal gefördert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Formgedächtnislegierung ein austenitisches Grundgefüge mit darin kohärent und/oder teilkohärent eingebundenen VC- Nanopartikeln auf.
Kohärente Ausscheidungen weisen Gitterparameter auf, die nur geringfügig von dem Gitter der vorliegenden Fe-Mn-Si-Cr-Basislegierung abweichen. Dadurch kann das Gitter praktisch ohne größere geometrische Verzerrung in das Gitter der Ausscheidung übergehen. Die
Phasengrenze ist kohärent. Wegen der notwendigen Anpassung des Gitters an das abweichende Gitter der Ausscheidung ist aber auch die Matrix in einem großen Bereich um die Ausscheidung verspannt. Die Härtung durch kohärente Ausscheidungen ist am wirksamsten, weil sich die Härte der intermediären Verbindung mit der Verspannung der Matrix überlagert.
Das Gitter teilkohärenter Ausscheidungen kann an das Gitter der Basislegierung nicht mehr lückenlos angepasst werden. Ein gewisser Übergang zwischen Matrix und der Ausscheidung wird z.B. dadurch erreicht, dass an der Phasengrenze in regelmäßiger Folge Versetzungen gebildet werden. Auch hierbei ist die Matrix um die Ausscheidungen verspannt.
Vorzugsweise weisen die VC-Nanopartikel daher eine Größe im Bereich von 2 - 50 nm, mehr bevorzugt 10 - 50 nm auf.
Vorzugsweise weist die Formgedächtnislegierung eine Phasenumwandlungstemperatur Ms und As im Bereich von 0 °C bis 450 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 120 bis 370 °C auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Formgedächtnislegierung umfassend die Schritte: i) Schmelzen und Gießen einer Reinstelementmischung bestehend aus (in Gew.-%):
25 - 30 Mn,
4 - 8 Si,
3 - 7 Cr,
0,5 - I V,
0, 1 - 0,5 % C, und
Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen, und ii) Warmwalzen des erhaltenen Gussblocks.
Als Reinstelementmischung wurde eine Legierung bestehend aus einem Eisenträger auf Basis von Armco-Eisen und definierten Legierungszugaben mit spezifischen Reinheitsgraden von Mangan 99,9 %; Silizium 75 %; Chrom 99,5 %; Vanadium 71, 1 % und schwefelarmer Kohle (< 10 ppm Schwefel) verwendet.
Vorzugsweise wird der erhaltene Gussblock auf eine Dicke im Bereich von 1 bis 6 mm warmgewalzt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante wird eine Walzendtemperatur im Bereich von 750 bis 1040 °C, vorzugsweise 750 bis 900 °C eingestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte: iii) Glühen und Abkühlen in einem ersten Temperatur- und Zeitfenster, und iv) Glühen und Abkühlen in einem zweiten Temperatur- und Zeitfenster, wobei beide Temperatur- und Zeitfenster sich hinsichtlich der Temperatur und Dauer unterscheiden.
Durch den Schritt iii) wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, dass die Legierungselemente sich in der Matrix lösen. Bei dem sog. Homogenisierungsglühens bilden sich keine VC-Nanopartikel, da die Atome unter diesen Bedingungen bevorzugt in Lösung vorliegen.
Vorzugsweise erfolgt das Glühen im Schritt iii) in einem Temperaturbereich von 1100 - 1300 °C für 200 - 480 Minuten.
Vorzugsweise wird die Probe nach dem Glühen im Schritt iii) definiert abgekühlt, so dass die VC-Nanopartikel gezielt in der richtigen Größe, Menge sowie Verteilung ausgeschieden werden.
Vorzugsweise erfolgt das Glühen im Schritt iii) unter Schutzatmosphäre.
Bei sinkenden Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unterhalb von 1000 °C wird das Löslichkeitsprodukt von Vanadiumcarbid in der vorliegenden Basislegierung unterschritten, so dass dieses als Präzipitat vorliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Glühen im Schritt iv) daher in einem Temperaturbereich von 700 - 1000 °C für 60 - 180 Minuten.
In einen weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Formgedächtnislegierung hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Vorzugsweise weist die so hergestellte Formgedächtnislegierung eine Rückstellspannung von mindestens 500 MPa, mehr bevorzugt 600 MPa auf.
Vorzugsweise weist die so hergestellte Formgedächtnislegierung eine Rückverformung von mindestens 75 % bei einer Vordehnung von 5 % auf.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Formgedächtnislegierung als Verbindungselement und/oder als Dämpfungselement.
Bevorzugte Verbindungselemente sind Systeme zum Sichern, Lösen, Vorspannen und zur Montage von Maschinenelementen, Bauelementen und/oder Bauwerksteilen (Baukonstruktionen) und/oder zum Befestigen, beispielsweise Schrauben, Bolzen etc.
Weitere bevorzugte Verbindungselemente sind Befestigungselemente und/oder Bewehrungselemente, wie z. B. Matten.
Ein besonders bevorzugtes Verbindungselement ist eine Verankerungsvorrichtung, wie z. B. ein Dübel.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Diagramm mit Ergebnissen der Rückstellspannung,
Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit Ergebnissen aus temperierten Biegeversuchen, und
Fig. 3 zeigt HRTEM Aufnahmen von ausgeschiedenen VC-Nanopartikeln, die kohärent (c) oder teilkohärent (a, b) eingebunden sind.
Beispiele
Beispiel 1
Zunächst wurden zwei Legierungen bestehend aus 28 Gew.-% Mn, 6 Gew.-% Si, 5 Gew.-% Cr, 0,76 Gew.-% V, 0, 18 Gew.-% C, und Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen in einem Induktionsofen geschmolzen und in einer Kupferkokille in Form gegossen. Für die Legierung 1 wurde eine Elementmischung verwendet, die mit Schrott legiert wurde. Für die Legierung 2 wurde eine Reinstelementmischung bestehend aus einem Eisenträger auf Basis von Armco-Eisen und definierten Legierungszugaben mit spezifischen Reinheitsgraden von Mangan 99,9 %; Silizium 75 %; Chrom 99,5 %; Vanadium 71, 1 % und schwefelarmer Kohle (< 10 ppm Schwefel) verwendet. Der Gussblock beider Legierungen wurde anschließend auf Dicken im Bereich von 1 - 6 mm warmgewalzt. Beide Legierungen wurden anschließend im Bereich von 2 bis 8 % vorverformt und die Rückstellspannung bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Fig. 1 dargestellt.
Beispiel 2
Es wurden unterschiedliche Proben aus der Legierung 2 von Beispiel 1 einer Homogeni- sierungsglühung bei Temperaturen im Bereich von 1100 - 1300 °C unterzogen sowie definiert auf Raumtemperatur abgekühlt. Darauffolgend wurden die Proben (siehe Tabelle 1) einer Ausscheidungsglühung bei Temperaturen von 650 °C bis 900 °C unterzogen und durch Abschrecken auf RT abgekühlt.
Von den resultierenden Proben wurden die Formgedächtniseigenschaften mittels Zug- und Biegeversuchen nach unterschiedlichen Wärmebehandlungen ermittelt. Dafür wurden die Proben jeweils im Bereich von 1 - 6 % vorverformt und nach anschließender Temperierung wurde ihr Rückverformungsgrad ermittelt. Die Ergebnisse der Rückverfomung sind in Fig. 2 gegenüber einer ungeglühten (keine Ausscheidungsglühung) Probe zusammengestellt.
Tabelle 1:
Probe Tin°C Zeit in h
1 650 2
2 700 2
3 750 2
4 800 2
Claims
1. Formgedächtnislegierung bestehend aus (in Gew.-%):
- 25 - 30 Mn,
- 4 - 8 Si,
- 3 - 7 Cr,
- 0,5 - I V,
- 0, 1 - 0,5 % C, und
- Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 1, wobei die Elemente Vanadium und Kohlenstoff in der Formgedächtnislegierung in Form von Vanadiumcarbid-Nanopartikeln vorliegen.
3. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 2, wobei die VC-Nanopartikel in der Formgedächtnislegierung ein Volumen im Bereich von 0, 1 - 3 Vol.-% einnehmen.
4. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Formgedächtnislegierung ein austenitisches Grundgefüge mit darin kohärent und/oder teilkohärent eingebundenen VC-Nanopartikeln aufweist.
5. Formgedächtnislegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die VC-Nanopartikel eine Größe im Bereich von 2 - 50 nm, mehr bevorzugt 10 - 50 nm aufweisen.
6. Formgedächtnislegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, aufweisend eine Phasenumwandlungstemperatur Ms und As im Bereich von 0 °C bis 400 °C.
7. Verfahren zur Herstellung einer Formgedächtnislegierung umfassend die Schritte: i) Schmelzen und Gießen einer Reinstelementmischung bestehend aus (in Gew.-%):
25 - 30 Mn,
4 - 8 Si,
3 - 7 Cr,
0,5 - I V,
0, 1 - 0,5 % C, und Rest Eisen sowie unvermeidbaren Verunreinigungen, und ii) Warmwalzen des erhaltenen Gussblocks, vorzugsweise auf eine Dicke im Bereich von 1 bis 6 mm.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Walzendtemperatur im Bereich von 750 bis 1040 °C, vorzugsweise 750 bis 900 °C eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte umfasst: iii) Glühen und Abkühlen in einem ersten Temperatur- und Zeitfenster, und iv) Glühen und Abkühlen in einem zweiten Temperatur- und Zeitfenster, wobei beide Temperatur- und Zeitfenster sich hinsichtlich der Temperatur und Dauer unterscheiden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Glühen im Schritt iii) in einem Temperaturbereich von 1100 - 1300 °C für 200 - 480 Minuten erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Glühen im Schritt iii) unter Schutzatmosphäre erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei das Glühen im Schritt iv) in einem Temperaturbereich von 700 - 1000 °C für 60 - 180 Minuten erfolgt.
13. Formgedächtnislegierung hergestellt nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
14. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 13, aufweisend eine Rückstellspannung von mindestens 500 MPa, mehr bevorzugt mindestens 600 MPa.
15. Formgedächtnislegierung nach Anspruch 13, aufweisend eine Rückverformung von mindestens 75 % bei einer Vordehnung von 5 %.
16. Verwendung einer Formgedächtnislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 13 bis 15 als Verbindungselement.
17. Verwendung einer Formgedächtnislegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 13 bis 15 als Dämpfungselement.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109457091A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-12 | 四川大学 | 一种制备粗晶铁锰硅基形状记忆合金的方法 |
DE102018129640A1 (de) * | 2018-11-23 | 2020-05-28 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zum Vorspannen eines Bauwerks mit einer Spannvorrichtung und Verwendung einer solchen Spannvorrichtung zum Befestigen an einem Bauwerk |
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 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1123983A1 (de) | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Japan as represented by Director General of | Formgedächtnislegierung |
JP2003268502A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Awaji Sangyo Kk | 鉄基形状記憶合金 |
JP2004002981A (ja) * | 2002-03-27 | 2004-01-08 | Kurimoto Ltd | 鉄系形状記憶合金管およびその製造方法 |
JP2004115864A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Hiroshi Kubo | 鉄基形状記憶合金 |
EP1574587A1 (de) | 2002-12-18 | 2005-09-14 | National Institute for Materials Science | VERFAHREN ZUR THERMOMECHANISCHEN BEHANDLUNG FÜR EINE MIT NbC DOTIERTE Fe-Mn-Si-FORMGEDÄCHTNISLEGIERUNG |
DE102012113053A1 (de) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verbindungsmittel mit Formgedächtnis |
EP2141251B1 (de) | 2008-06-25 | 2016-12-28 | EMPA Dübendorf | Auf Eisen, Mangan und Silizium basierende Formgedächtnislegierungen |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1123983A1 (de) | 2000-02-09 | 2001-08-16 | Japan as represented by Director General of | Formgedächtnislegierung |
JP2003268502A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-25 | Awaji Sangyo Kk | 鉄基形状記憶合金 |
JP2004002981A (ja) * | 2002-03-27 | 2004-01-08 | Kurimoto Ltd | 鉄系形状記憶合金管およびその製造方法 |
JP2004115864A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Hiroshi Kubo | 鉄基形状記憶合金 |
EP1574587A1 (de) | 2002-12-18 | 2005-09-14 | National Institute for Materials Science | VERFAHREN ZUR THERMOMECHANISCHEN BEHANDLUNG FÜR EINE MIT NbC DOTIERTE Fe-Mn-Si-FORMGEDÄCHTNISLEGIERUNG |
EP2141251B1 (de) | 2008-06-25 | 2016-12-28 | EMPA Dübendorf | Auf Eisen, Mangan und Silizium basierende Formgedächtnislegierungen |
DE102012113053A1 (de) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Verbindungsmittel mit Formgedächtnis |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
M. KOSTER ET AL: "Cyclic deformation and structural fatigue behavior of an FE-Mn-Si shape memory alloy", MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING: A, vol. 637, 1 June 2015 (2015-06-01), pages 29 - 39, XP055405863, ISSN: 0921-5093, DOI: 10.1016/j.msea.2015.04.028 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109457091A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-12 | 四川大学 | 一种制备粗晶铁锰硅基形状记忆合金的方法 |
DE102018129640A1 (de) * | 2018-11-23 | 2020-05-28 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zum Vorspannen eines Bauwerks mit einer Spannvorrichtung und Verwendung einer solchen Spannvorrichtung zum Befestigen an einem Bauwerk |
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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