铸造FeMnSiCrNi形状记忆合金及管接头的研究

论文摘要

由于Fe-Mn-Si基合金价格低廉且具有良好的力学性能，特别是由于其相变点高、热滞大的优点，在一次性动作连接的管接头上具有广阔的应用前景，引起国内外研究者的广泛关注。目前FeMnSi基形状记忆合金管接头的制备都是通过合金熔炼浇铸成铸锭，再经均匀化退火后锻造成圆棒，然后热轧或挤压成无缝管而成。然而FeMnSi基合金的层错能低，变形时难以实现交滑移，因而其热加工性不好，加工过程中存在热加工脆性，成型困难。另外，采用热轧或挤压的方法只能制备直通管接头，而不能制备形状复杂的多通或带弯头的管接头，在一定程度上限制了形状记忆合金管接头的应用范围。采用铸造的方法制备FeMnSiCrNi形状记忆合金管接头不仅避开了锻造和热轧等热加工工2序，而且能够简便地生产出形状复杂的管接头，同时降低生产成本，具有广阔的工程应用前景。本文研究了两种不同碳含量的Fe-19Mn-5.54Si-8.79Cr-5.08Ni-0.012C和Fe-19Mn-5.53Si-8.79Cr-5.09Ni-0.12C合金铸态与不同温度淬火后的形状记忆效应和力学性能、热机械训练对形状记忆效应的影响，并采用熔模铸造法制备出了管接头，研究了管接头的形状记忆效应和连接性能。借助光学显微镜、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射对两种合金的微观组织进行了分析。结果表明：铸态合金已具有较好的形状记忆效应。弯曲变形3.75％时，合金Fe-19Mn-5.54Si-8.79Cr-5.08Ni-0.012C和合金Fe-19Mn-5.53Si-8.79Cr-5.09Ni-0.12C的形状回复率分别达到83％、72％。，两合金在600℃～800℃淬火，形状记忆效应得到明显提高。Fe-19Mn-5.54Si-8.79Cr-5.08Ni-0.012C在700℃淬火后形状回复率达93.8％，Fe-19Mn-5.53Si-8.79Cr-5.09Ni-0.12C在800℃淬火后形状回复率达到82.3％。这是因为两合金在700℃左右淬火后应力诱发ε马氏体相变最容易发生，塑性变形不容易引入。机械训练对碳含量低的Fe-19Mn-5.54Si-8.79Cr-5.08Ni-0.012C合金形状记忆效应的提高不明显，但能明显提高碳含量高的Fe-19Mn-5．53Si-8.79Cr-5.09Ni-0.12C合金的形状记忆效应，特别是大变形量的热机械训练。合金Fe-19Mn-5.54Si-8.79Cr-5.08Ni-0.012C的延伸率δ和抗拉强度σb在700℃时达到最大值。而合金Fe-19Mn-5.53Si-8.79Cr-5.09Ni-0.12C的延伸率δ和抗拉强度σb在900℃以下随淬火温度的升高增幅不大，在900℃以上随淬火温度的升高，延伸率δ和抗拉强度σb迅速增加。采用熔模铸造法制备的管接头具有良好的形状记忆效应，在管接头与被连接件之间不加入任何软质衬垫或粘合剂的情况下，管接头在23Mpa油压时未泄漏。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 FeMnSi基SMA的形状记忆机理
• 1.1.1 马氏体相变特征
• 1.1.2 形状记忆合金的形变模式
• 1.1.3 FeMnSi基SMAγ→ε马氏体相变热力学
• 1.1.4 FeMnSi基SMAγ→ε马氏体相变层错机制
• 1.2 影响FeMnSi系SMA形状记忆效应的因素
• 1.2.1 层错能
• 1.2.2 Neel转变和Ms
• 1.2.3 预变形温度
• 1.2.4 试样的位向和织构
• 1.2.5 预变形量
• 1.2.6 热机械循环
• 1.3 提高FeMnSi系合金形状记忆效应的途径
• 1.3.1 合金化处理
• 1.3.2 强化母相
• 1.3.3 热机械循环训练
• 1.3.4 热处理
• 1.4 目前FeMnSi系SMA管接头的制备及其存在的问题
• 1.5 本文研究的目的、意义和技术路线
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 材料制备和实验方法
• 2.1 材料制备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 试样的定型处理
• 2.2.2 形状记忆效应的测量方法
• 2.2.3 热机械循环训练
• 2.2.4 铸造FeMnSiCrNi合金相变点的测定
• 2.2.6 X射线衍射分析
• 2.2.7 铸造FeMnSiCrNi合金微观组织的观察与分析
• 2.3 铸造FeMnSiCrNi记忆合金管接头的制备及实验方法
• 2.3.1 铸造FeMnSiCrNi记忆合金管接头的制备
• 2.3.2 管接头的扩径
• 2.3.3 管接头与连接件的连接
• 2.3.4 管接头的耐压性能的测试
• 第三章 铸态FeMnSiCrNi合金记忆效应及其微观组织分析
• 3.1 铸态FeMnSiCrNi合金的形状记忆效应
• 3.2 铸态FeMnSiCrNi合金的微观组织
• 3.3 铸态FeMnSiCrNi合金电阻率—温度曲线
• 3.4 分析与讨论
• 3.5 小结
• 第四章 热处理对铸造FeMnSiCrNi合金记忆效应的影响
• 4.1 淬火温度对铸造FeMnSiCrNi合金微观组织的影响
• 4.2 淬火温度对铸造FeMnSiCrNi合金的形状记忆效应的影响
• 0.2的影响'>4.3 淬火处理对铸造FeMnSiCrNi合金σ_0.2的影响
• 4.4 不同预变形量对铸造FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响
• 4.5 淬火态铸造FeMnSiCrNi合金电阻率—温度曲线
• 4.6 热机械训练对铸造FeMnSiCrNi合金形状记忆效应的影响
• 4.7 分析与讨论
• 4.8 小结
• 第五章 铸造FeMnSiCrNi合金的力学性能
• 5.1 淬火处理对铸造FeMnSiCrNi合金延伸率δ的影响
• b的影响'>5.2 淬火处理对铸造FeMnSiCrNi合金抗拉强度σ_b的影响
• 5.3 铸造FeMnSiCrNi合金显微断口
• 5.5 分析与讨论
• 5.6 小结
• 第六章 熔模铸造FeMnSiCrNi合金管接头的研究
• 6.1 铸造FeMnSiCrNi管接头的设计原则及制备
• 6.2 扩管余量与扩孔模具的设计
• 6.3 退火温度对铸造FeMnSiCrNi管接头形状记忆效应的影响
• 6.4 铸造FeMnSiCrNi管接头连接耐压性能测试
• 6.5 小结
• 第七章 本文主要结论
• 参考文献
• 附录 X射线相定量分析—直接比较法
• 硕士期间发表的学术论文
• 致谢