[发明专利]一种提高铁锰硅基形状记忆合金可恢复应变的方法

说明书

本发明公开了一种提高铁锰硅基形状记忆合金可恢复应变的方法，属形状记忆合金领域。本发明制备的铁锰硅基形状记忆合金的可恢复应变不低于6%。具体步骤如下：先将经锻造或轧制或拉拔的铁锰硅基形状记忆合金在1250℃~1310℃处理0.5小时至3小时；随后以0.1℃每分钟~10℃每分钟的速度冷却至1000℃~1200℃后水冷至室温。经该方法处理后铁锰硅基形状记忆合金的奥氏体晶粒平均尺寸≥500微米。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种提高铁锰硅基形状记忆合金可恢复应变的方法。该方法制备的铁锰硅基形状记忆合金的可恢复应变不低于6%。

背景技术

经过变形后，一般金属材料在无外力作用下是不能恢复至变形前形状的。但是，形状记忆合金材料在变形后通过加热至一定温度就可让其恢复至原来的形状。而这种神奇的现象则被称为形状记忆效应。也正是因为形状记忆合金拥有一般金属材料不具有的形状记忆效应和超弹性而成为一类集感知和驱动于一体的新型智能合金。这类合金在航空航天、生物医学、机械、化工等领域有着广泛的应用前景。

形状记忆合金中镍钛基合金因其具备优良的记忆效应和超弹性，目前已在多个领域得到实际应用。然而，镍钛基合金的加工性能差，导致存在生产效率低和制造成本高的问题。与镍钛基合金相比，铁锰硅基合金具有成本低廉、加工容易和焊接性能好等优点，因此自发现以来便吸引了国内外学者的广泛研究。单晶铁锰硅基合金的可恢复应变达到9%，这也是迄今为止该类合金中能达到的最高水平。值得注意的是，实际的工程应用中大量使用的仍是多晶合金。但是，不经特殊处理的变形加工（热轧、冷轧或冷拉）的多晶铁锰硅基合金的记忆效应差，可恢复应变仅2％左右，达不到工程应用的要求。目前，训练（室温变形加650℃附近退火的反复过程）、700℃附近的奥氏体高温形变热处理和热机械处理这三种方法也仅能将其可恢复应变提高到4~5%。同时，这些处理都存在变形过程，不但增加了制备成本，而且对形状复杂的元件难以实施。显然，要推动铁锰硅基合金的广泛应用，制备真正意义上的免训练高可恢复应变铁锰硅基合金是其亟待解决的问题。

近期，文玉华等人通过铸造后退火处理的方法制备了拉伸可恢复应变达到7.6%的免训练铸造铁锰硅基合金（Y.H. Wen, et al.. Nature Communications, 2014, 5:4964）。但是，铸造铁锰硅基合金与变形加工合金相比存在力学性能差和恢复应力低的问题。因此，如何在免训练的条件下，在力学性能优良的变形加工合金中获得高可恢复应变是铁锰硅基合金目前仍需解决的问题。彭华备等将变形加工Fe-19.38Mn-5.29Si-8.98Cr-4.83Ni（数字代表重量百分比，下同）合金加热至高温铁素体单相区后冷却，利用高温铁素体（体心立方结构，BCC）向奥氏体（面心立方结构，FCC）转变不仅抑制了退火孪晶的形成，而且在奥氏体中引入大量的堆垛层错，从而在免训练条件下显著提高了变形加工铁锰硅基合金的形状记忆效应（H.B. Peng, et al., Metallurgical and Materials TransactionsA, 2016, 7: 3277-3283）。他们的专利ZL201410102165.X也公开了该方法，具体过程是将经锻造或冷轧或热轧或冷拉的铁锰硅基形状记忆合金在其高温铁素体单相区或高温铁素体加奥氏体的双相区保温10分钟~3小时后空冷或油冷或水冷，随后再在500℃~1000℃退火处理5分钟~2小时。但是，他们也指出变形加工Fe-19.38Mn-5.29Si-8.98Cr-4.83Ni合金在经历高温铁素体向奥氏体转变后由于奥氏体的晶粒尺寸较小（约110微米），此时的最大可恢复应变也在5%左右（H.B. Peng, et al., Advanced Engineering Materials, 2018,20: 1700741）。因此，如何在免训练的条件下，在力学性能优良的变形加工铁锰硅基合金中获得不低于6%的可恢复应变仍是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高铁锰硅基形状记忆合金可恢复应变的方法。所制备的铁锰硅基形状记忆合金可恢复应变不低于6%。