原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究

论文摘要

形状记忆合金是最具实用价值金属功能材料之一,Fe-Mn-Si基合金具有价格低廉、工艺简单等一系列优点。但该系合金的形状回复率不高,耐蚀性能较差限制了其应用范围的进一步扩大。本文通过优化合金成分设计,对原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应及其相关性能进行了研究。通过添加适量Nb,V,Ti,RE（Ce）等合金元素,设计了八种典型成分的Fe-Mn-Si基形状记忆合金,并用原位自生法制备出了碳化物颗粒弥散分布增强的Fe-Mn-Si基合金。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了合金的显微组织及物相成分。固溶态合金基体主要为奥氏体及少量热诱发ε马氏体,生成适量的热诱发马氏体对合金形状记忆效应有利。随着预变形量增大,合金组织中应力诱发ε马氏体开始增多,由原来的单一方向ε马氏体变成交叉方向马氏体。采用拉伸变形法,研究了不同工艺参数、不同成分合金的形状记忆效应。结果表明,固溶态合金在变形前于一定的温度（750℃）进行时效处理（250min）能有效提高合金的形状记忆效应。随时效处理温度的升高,合金形状回复率缓慢提高,在750℃下达到最大,之后开始下降。合金的形状回复率随着预变形量的增大而减小,在预变形为2 %时达到最大值,其中成分为Fe-14.0Mn-6.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb-0.045Ce合金的回复率达到96.9%。热机械训练能有效提高合金形状回复率,特别是第一次训练提高最为显著。Fe-Mn-Si基合金中加入适量的Cr,Ni,Nb等元素可以显著提高合金耐腐蚀性能,在碱性NaOH溶液中其耐蚀性是304,316不锈钢的3倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FE 基形状记忆合金的研究概况
• 1.2.1 Fe 基形状记忆合金的分类
• 1.2.2 Fe-Mn-Si 基形状记忆合金的研究历史和发展现状
• 1.2.3 铁基形状记忆合金的记忆机理
• 1.2.4 影响Fe-Mn-Si 基形状记忆合金SME 的因素
• 1.2.5 Fe 基形状记忆合金的应用
• 1.2.6 Fe 基形状记忆合金存在的问题及发展方向
• 1.3 课题的研究目的和主要内容
• 第二章 实验条件和实验方法
• 2.1 合金的成分设计及制备工艺
• 2.1.1 合金的成分设计
• 2.1.2 合金的制备工艺
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 合金形状回复率的测定
• 2.2.2 合金的显微组织结构分析
• 2.2.3 合金硬度的测定
• 2.2.4 合金耐蚀性的测定
• 第三章 FE-MN-SI 基合金组织及形状记忆效应
• 3.1 时效处理温度对合金的形状记忆效应的影响
• 3.1.1 合金记忆效应
• 3.1.2 合金组织及分析
• 3.2 预变形量对合金形状记忆效应的影响
• 3.2.1 合金的记忆效应
• 3.2.2 合金组织及分析
• 3.3 热机械训练对形状记忆效应的影响
• 3.3.1 合金记忆效应
• 3.3.2 合金组织及分析
• 3.4 合金应力诱发马氏体相变的X 射线衍射分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 FE-MN-SI 基合金的力学性能及耐蚀性研究
• 4.1 合金力学性能研究
• 4.1.1 时效温度对合金硬度的影响
• 4.1.2 屈服强度
• 4.1.3 合金弹性性质
• 4.2 合金耐腐蚀性能研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文