[发明专利]一种Fe-Mn-Al-Ni-Cu超弹性合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Fe‑Mn‑Al‑Ni‑Cu超弹性合金及其制备方法，包括原子百分比为25～40％的Mn、10～20％的Al，1～15％的Ni，1～10％的Cu，其余为Fe；由以下步骤制备而成：(1)按照原子百分比含量进行配料，在真空或惰性气体保护中充分熔炼混合得到铸件；(2)将步骤(1)得到的铸件均匀化处理，然后进行变形得到所需试样合金；(3)视需求选择定向退火工艺和/或循环热处理工艺调控晶粒尺寸。本发明可以有效提高循环热处理以及定向退火的单晶制备效率，提高合金晶粒长大速率的同时避免了FeMnAlNi合金中常规异常晶粒长大促进元素Ti、Al导致的沿晶断裂倾向。

技术领域

本发明涉及一种具有超弹性的Fe-Mn-Al-Ni-Cu超弹性合金及其制备方法，属于铁基超弹性合金材料技术领域。

背景技术

超弹性合金在经过受力变形后能够产生远超弹性极限的应变，并且在应力卸载后能够恢复到变形前的形状，这种特殊的具有形状记忆效应的力学行为特性使其在汽车机械、航空航天、减振抗震、智能传感器等众多领域具有广泛的应用。

随着生产生活不断增长的巨大需求以及高新领域所面临的材料瓶颈，人们迫切需要降低超弹性合金的成本、突破超弹性合金的性能。因此，在过去的几十年中，研究人员对价格相对低廉的铁基超弹性合金的开发给予了高度的重视。Omori等在2011年成功开发出了FeMnAlNi系合金，其超弹性良好、价格低廉、超弹性对织构的依赖性低，此外还具有极大的超弹性温度范围(-196℃～240℃)以及与马氏体相变临界应力极低的温度依赖性(Clausius–Clapeyron斜率压缩时小于0.2MPa/℃，拉伸时小于0.5MPa/℃)，可以在一个大的温度范围内保持稳定的超弹性能，这使其一经问世便吸引了研究人员的广泛关注。但FeMnAlNi系合金需要在单晶或柱状晶的显微结构下才能表现出良好的超弹性，因此Omori将循环热处理法引入到FeMnAlNi超弹性合金中，成功制备出了大尺寸单晶，后续研究人员还发现添加Ti、或者提高Al的含量可以大大提高循环热处理法的单晶制备效率，但是这两种元素都会剧烈抑制γ相的析出并提高合金的沿晶断裂倾向。

公开号CN 110358963 A的发明专利申请公开了一种具有高应变回复能力的Fe-Mn-Al-Ni超弹性合金及其制备方法。该合金的原子百分含量为：Mn 29.0-38.0％、Al 13.0-15.0％、Ni 6.0-10.0％，其余为Fe。该发明得到的超弹性合金最大可回复应变量可达4.2％，具有优良的超弹性。

公开号CN 108359875 A的发明专利申请公开了一种低镍型FeMnAlNi基超弹性合金及其处理方法。该合金的原子百分含量为：Mn 27.0-41.0％、Al 13.0-17.5％、Ni 0.5-3.9％、Mo 0-6％以及一些不可避免的杂质。该发明具有调控纳米β相的析出速度可控以及不存在纳米β相室温时效析出的特点。

综上所述，目前FeMnAlNi基合金中，提高单晶制备效率会伴随着提高合金的沿晶断裂倾向，制备效率与材料性能不能同步提高，这就导致该类合金在工程实际生产和应用中存在困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以双重提高制备效率和材料性能的Fe-Mn-Al-Ni-Cu超弹性合金及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种Fe-Mn-Al-Ni-Cu超弹性合金，包括原子百分比为25～40％的Mn、10～20％的Al，1～15％的Ni，1～10％的Cu，其余为Fe；