Fe-Mn-Si形状记忆合金力学性能分析

论文摘要

本文通过循环弯曲疲劳试验和摩擦磨损试验测定了Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni、Fe-18Mn-5Si-3Cr-3Ni-1V和Fe-14Mn-4Si-10Cr-5Ni-1Nb三种形状记忆合金循环弯曲变形下的力学性能和油润滑状态下的耐磨性,借助X射线衍射分析、金相显微镜和电子扫描电镜观察等分析手段对试验合金在循环弯曲变形和摩擦磨损过程中的力学行为、应力诱发马氏体相变及其它们之间的内在联系展开了研究,揭示了该合金在循环弯曲变形和摩擦过程中的相变机制及其微观机理,旨在开发这种廉价功能材料在形状记忆特性之外的应用,拓宽Fe-Mn-Si合金在工程中的应用范围。X射线衍射分析发现,Fe-Mn-Si合金在对称循环弯曲过程应力诱发γ→ε马氏体相变及其逆相变,证明了合金在机械力作用下FCC/HCP界面运动的可逆性;Fe-Mn-Si合金具有良好的应变疲劳特性,如在控制应变1%下的循环弯曲疲劳寿命Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni可达19223次,Fe-18Mn-5Si-3Cr-3Ni-1V达2237次,Fe-14Mn-4Si-10Cr-5Ni-1Nb达5127次,远远高于对比材料不锈钢的985次;Fe-Mn-Si合金在循环弯曲变形过程中的应力诱发γ→ε马氏体相变及其逆相变伴随着Shockley不全位错的迁动引起相变变形,不会破坏晶体结构。同时,循环过程中的应力诱发γ→ε马氏体正、逆相变及其马氏体再取向能降低应力集中,抑制塑性滑移变形,减少微裂纹形成的几率,从而提高了Fe-Mn-Si合金的应变疲劳寿命。因此,Fe-Mn-Si合金具有良好的应变疲劳特性;对Fe-Mn-Si形状记忆合金疲劳断口SEM观察和XRD分析发现,断裂类型为准解理断裂,断裂后的ε马氏体的数量几乎占到100%。磨损试验研究发现Fe-Mn-Si合金油润滑状态,具有良好的耐磨性,磨损机制为磨粒磨损,其磨损量随着载荷、退火温度、退火时间的变化而变化;XRD分析和SEM观察表明,油润滑过程中Fe-Mn-Si合金伴随着应力诱发γ→ε马氏体相变,表明应力诱发相变及其相变伪弹性可吸收冲击能,降低应力集中,抑制塑性滑移,避免微裂纹的形成和扩展,从而提高Fe-Mn-Si合金油润滑过程中的耐磨性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 Fe-Mn-Si形状记忆合金概述
• 1.3 Fe-Mn-Si形状记忆合金γ→ε马氏体相变
• 1.3.1 马氏体相变
• 1.3.2 Fe-Mn-Si合金γ→ε马氏体相变机制
• 1.4 Fe-Mn-Si形状记忆合金的应用
• 1.5 Fe-Mn-Si形状记忆合金存在的问题及发展方向
• 1.6 本课题研究的目的和主要内容
• 第2章 材料制备及试验方法
• 2.1 试验合金的成分设计与冶炼
• 2.2 试样的制备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 形状记忆合金变形量的测定
• 2.3.2 循环弯曲疲劳试验
• 2.3.3 磨损试验
• 2.3.4 组织结构分析
• 第3章 Fe-Mn-Si形状记忆合金弯曲变形下的马氏体相变和应变疲劳特性
• 3.1 引言
• 3.2 Fe-Mn-Si合金循环弯曲变形下马氏体相变的XRD分析
• 3.2.1 Fe-Mn-Si合金单次循环弯曲变形下的马氏体相变
• 3.2.2 Fe-Mn-Si合金多次循环弯曲变形下的马氏体相变
• 3.3 Fe-Mn-Si合金循环弯曲变形下组织的金相分析
• 3.4 Fe-Mn-Si合金弯曲变形下的应变疲劳特性
• 3.5 Fe-Mn-Si合金疲劳断裂后断口的SEM分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 Fe-Mn-Si形状记忆合金的耐磨性
• 4.1 引言
• 4.2 Fe-Mn-Si合金耐磨性的研究及发展
• 4.3 Fe-Mn-Si油润滑条件下的耐磨性
• 4.3.1 退火温度对耐磨性的影响
• 4.3.2 退火时间对耐磨性的影响
• 4.3.3 载荷对耐磨性的影响
• 4.4 Fe-Mn-Si合金的磨损机理
• 4.4.1 Fe-Mn-Si合金磨损表面X射线图
• 4.4.2 Fe-Mn-Si合金磨损截面形貌
• 4.4.4 Fe-Mn-Si合金的磨损机理
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历