[发明专利]含高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金

说明书

技术领域

本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种铁基形状记忆合金及其制备方法。用该方法制备的形状记忆合金具有生产工艺简单，形状记忆效应高和成本低的优点。

背景技术

形状记忆效应是指变形后的某种材料受热超过一定温度时能全部或部分恢复到原来未变形的形状。具有这种效应的合金称为形状记忆合金，它是一种集感知和驱动于一体的新型功能材料。迄今为止，发现具有形状记忆效应的合金有数十种，但目前具有较好应用价值的形状记忆合金，按成分可分为三大类：①钛镍合金：Ti-Ni；②铜基合金：Cu-Zn-Al，Cu-Al-Ni；③铁基合金：Fe-Mn-Si，Fe-Ni-Co-Ti。

与昂贵的NiTi形状记忆合金相比，FeMnSi基合金因成本低廉、强度高、可焊接和易加工，自1982年发现以来就吸引了国内外众多学者的研究。然而，到目前为止不经特殊处理的多晶FeMnSi基合金的可回复变形量仅1.5～2％(变形量×形状回复率)，不能满足工程应用的要求。目前主要通过以下两种特殊处理的方式来提高多晶FeMnSi基合金的可回复变形量：

(1)热机械循环训练，即进行数次室温4～6％变形加600℃附近中间退火的热机械循环处理，这是目前提高合金形状记忆效应最显著的方法。但这种处理不但增加了制备成本，而且对形状复杂的元件难以实施。因此，难以获得工业化的应用。

(2)变形后时效热处理：ZL03107408.1专利公开了一种添加Nb，C的FeMnSi系形状记忆合金的加工热处理方法，即先将FeMnSi系合金在500～800℃进行10-30％热轧变形后，再在400～1000℃时效使NbC析出，进而提高合金形状记忆效应的加工热处理方法，经过这种处理合金的形状记忆效应达到了热机械循环训练5次后的水平。专利ZL02133699.7公开了一种先将FeMnSi基合金在室温进行5～25％变形后，再在750～950℃时效使在奥氏体晶粒内方向性析出Cr₂₃C₆第二相，进而提高合金的形状记忆效应，经过这种处理合金的形状记忆效应也能达到热机械循环训练5次后的水平。但这两种变形后时效处理的实质都是热机械循环训练，只是训练次数减少为1次，而且ZL03107408.1专利还需采用高温变形，对形状复杂的元件仍难以实施，因而都难以获得工业化的应用。

发明内容

本发明的目的就是针对已有技术存在的问题，提供一种利用常规的铸造方法制备免训练形状记忆效应优良的FeMnSi基形状记忆合金的方法。

综合分析目前的研究结果和我们前期的研究(ZL02133699.7)，我们认为FeMnSi基合金具有良好形状记忆效应的条件是应力诱发奥氏体γ→ε马氏体转变以区域化的方式形成，即在一个奥氏体晶粒内形成的ε马氏体分成了若干个区域，而每一个区域中仅存在一种取向或取向占优的马氏体。这样变形时能减少和避免不同取向和不同区域马氏体束的碰撞，确保获得界面移动可逆性高的应力诱发ε马氏体，进而获得优良的形状记忆效应。热机械循环显著提高合金记忆效应的本质正是实现了上述条件——应力诱发ε马氏体以区域化的方式形成。只是为了实现这个条件，它预先在奥氏体晶粒内的不同区域内产生大量均匀分布的堆垛层错，使变形时应力诱发ε马氏体能以这些预先存在的层错为核胚形核和长大。

最近，在我们前期利用形变诱导时效析出第二相区域化奥氏体，并显著提高合金形状记忆效应的基础上(ZL02133699.7)，基于奥氏体不锈钢凝固过程中高温铁素体δ→γ奥氏体固态转变的不完全性，利用残留的高温铁素体δ对奥氏体晶粒区域化分割的作用，见图1(a)，直接实现了FeMnSi基合金具有良好形状记忆效应的条件——应力诱发奥氏体γ→ε马氏体转变以区域化的方式形成，将合金的形状记忆效应显著提高。

本发明是一种含有高温铁素体的免训练铸造铁基形状记忆合金，它是至少含有Fe、Mn、Si作为主要化学成分的FeMnSi系形状记忆合金，各元素的重量百分比含量为：Mn 12～32％，Si 4～8％，Cr 0～12％，Ni 0～6％，Ti 0～2％，Nb 0～2％，C 0.02～0.25％，N 0.02～0.2％，余为Fe，组织特征是在奥氏体基体中存在高温铁素体δ。