專(zhuān)利名稱(chēng)：多晶鐵基形狀記憶超彈性合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于鐵基形狀記憶合金，更具體而言，涉及一種多晶的具有超彈性和高強(qiáng)度的鐵基形狀記憶合金。
背景技術(shù)：
作為潛在的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器材料，形狀記憶合金(SMAs)具有很高的能量密度，并且對(duì)電力設(shè)備要求較低，常用于航空、航天、機(jī)械、電子、交通能源、醫(yī)療等領(lǐng)域。形狀記憶合金一般都呈現(xiàn)出較好的形狀記憶效應(yīng)和超彈性(也叫偽彈性)，對(duì)于非鐵基的合金有N1-Ti合金、N1-Al合金、Cu-Zn-Al合金以及Cu-Al-Ni合金等，鐵基的合金有Fe-N1-Co-Ti合金、Fe-Mn-Si合金、Fe-N1-C合金以及Fe-N1-Cr合金等。T1-Ni合金擁有很好的形狀記憶效應(yīng)和較高的超彈性，常用于醫(yī)用導(dǎo)管、眼鏡架等方面，但T1-Ni合金的加工性能差、強(qiáng)度較低和高成本限制了它的應(yīng)用，另外T1-Ni合金的超彈性還不是很高，其超彈性應(yīng)變?cè)?%左右，還不能很好地滿(mǎn)足如阻尼材料、傳感器材料等對(duì)超彈性要求較高的材料領(lǐng)域。其他的非鐵基材料要么超彈性比較小，要么強(qiáng)度不高，因此幾乎沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的例子。鐵基合金具有原材料成本低、易于成型加工等優(yōu)點(diǎn)。如果鐵基形狀記憶合金能獲得很好的形狀記憶效應(yīng)和超彈性，那它就能有望應(yīng)用到各種不同的領(lǐng)域，而取代非鐵基形狀記憶合金。然而，一般的鐵基形狀記憶合金的超彈性較差，可恢復(fù)應(yīng)變?cè)?-5%左右，其中仍有很多未解決的問(wèn)題。例如，F(xiàn)e-N1-Co-Ti合金在應(yīng)力誘發(fā)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中具有超彈性，但是它們的馬氏體相變起始點(diǎn)很低只有200K。 Fe-N1-C合金的超彈性較差，在回復(fù)變形的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生碳化物。Fe-Mn-Si合金雖然具有較好的形狀記憶效應(yīng)，但是它的冷加工性能和抗腐蝕性能差，也沒(méi)有表現(xiàn)出超彈性。JP 2000-17395 A公開(kāi)了一種Fe-N1-Si形狀記憶合金，此合金由15-35%的Ni，1.5-10%的Si和Fe組成，其中包含不可避免的雜質(zhì)。JP2003-268501A公開(kāi)了一種Fe-N1-Al形狀記憶合金，此合金由15-40%的Ni，1.5-10%的Al和Fe組成，然而，這 些形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性都不是很理想，還有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是:提出一種超彈性?xún)?yōu)良的多晶鐵基形狀記憶
I=1-Wl O本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是:提出一種超彈性?xún)?yōu)良的多晶鐵基形狀記憶合金的制備方法。為了解決第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種超彈性?xún)?yōu)良的多晶鐵基形狀記憶合金，其按原子百分?jǐn)?shù)含有如下組分:25-30%的Ni，10-13%的Al，0.8-1%的Ta和55_65%Fe，以及一些不可避免的雜質(zhì)。為了解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種制備上述多晶鐵基形狀記憶超彈性合金的方法，該制備方法包括了固溶處理和時(shí)效處理工藝。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，固溶溫度在1250_1300°C的范圍內(nèi)，固溶時(shí)間在20-40min，冷卻速度要大于200°C/s。冷卻速度越大越好，常用水淬。通過(guò)進(jìn)行特定溫度的固溶處理，使合金母相具有面心立方結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，時(shí)效處理工藝的溫度在550_650°C范圍，時(shí)效處理的時(shí)間在50-65小時(shí)。時(shí)效溫度對(duì)改善和穩(wěn)定合金的超彈性的影響較大。合理的時(shí)效時(shí)間能夠有效的促進(jìn)沉淀相的析出，強(qiáng)化合金面心立方結(jié)構(gòu)母相基體。時(shí)效時(shí)間太短得不到很好的超彈性，時(shí)效時(shí)間太長(zhǎng)將會(huì)降低合金的延展性，不利于加工。本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明對(duì)各合金元素進(jìn)行了合理的成分配比，能使合金母相具有面心立方結(jié)構(gòu)，能夠很好的產(chǎn)生馬氏體相變，能促使合金母相中析出有序的沉淀析出相，增加合金的強(qiáng)度，改善合金的超彈性，還能有效的增加合金的延展性，有助于形成沉淀析出相，起到沉淀強(qiáng)化的作用。同時(shí)通過(guò)合理的固溶時(shí)效處理來(lái)提高奧氏體母相的強(qiáng)度，降低應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的臨界應(yīng)力和減少不可恢復(fù)性形變，從而得到具有超彈性和強(qiáng)度的多晶鐵基形狀記憶合金。可恢復(fù)形變性能是衡量合金超彈性的重要指標(biāo)，本發(fā)明的多晶鐵基形狀記憶合金的可恢復(fù)形變大于現(xiàn)有的N1-Ti等形狀記憶合金，是一種價(jià)格低廉、易于加工、性能良好的多晶鐵基形狀記憶超彈性合金。


圖1 是
合金600°C下時(shí)效時(shí)，時(shí)效時(shí)間對(duì)合金最大抗壓強(qiáng)度和 可恢復(fù)形變的影響。圖2是合金在不同溫度下時(shí)效60h時(shí)，時(shí)效溫度對(duì)合金最大抗壓強(qiáng)度和可恢復(fù)形變的影響。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
多晶鐵基形狀記憶合金樣品的元素配比如表I (原子百分比，at.%)。表I合金各樣品的元素配比
|Fe INilAl [Ta /at.% 丨59.5 |28丨11.5 |l
在氬氣保護(hù)氣氛中，采用水冷銅坩堝，真空非自耗電弧爐熔煉成紐扣狀鑄錠，反復(fù)熔煉
4次，鑄錠質(zhì)量約60g。將熔煉好的試樣在1000°C下熱軋成厚度為4mm的薄板。將合金在溫度為1150°C下固溶30min,水淬后冷軋至3mm薄板。將合金在1300°C下固溶30min后水淬。將合金600°C下時(shí)效60h后空冷，去除氧化層。采用線(xiàn)切割從時(shí)效后的合金中切取2mmX2mmX4mm的試樣,檢測(cè)其各項(xiàng)技術(shù)性能。制備好的合金具有如下技術(shù)性能:合金的抗壓強(qiáng)度達(dá)到1306Mpa，合金的可恢復(fù)形變達(dá)到14.9%，合金的硬度達(dá)到554HV。這些性能比
N1-Ti等形狀記憶合金優(yōu)良許多。圖1是Fe583M3iAln5Tai合金600°C下時(shí)效時(shí)，時(shí)效時(shí)間
對(duì)合金最大抗壓強(qiáng)度和可恢復(fù)形變的影響。
實(shí)施例二
多晶鐵基形狀記憶合金樣品的元素配比還如表I (原子百分比，at.%)。
在氬氣保護(hù)氣氛中，采用水冷銅坩堝，真空非自耗電弧爐熔煉成紐扣狀鑄錠，反復(fù)熔煉4次，鑄錠質(zhì)量約60g。將熔煉好的試樣在1000°C下熱軋成厚度為4mm的薄板。將合金在溫度為1150°C下固溶30min,水淬后冷軋至3mm薄板。將合金在1300°C下固溶30min后水淬。將合金650°C下時(shí)效60h后空冷，去除氧化層。采用線(xiàn)切割從時(shí)效后的合金中切取2mmX 2mmX 4mm的試樣,檢測(cè)其各項(xiàng)技術(shù)性能。制備好的合金具有如下技術(shù)性能:合金的抗壓強(qiáng)度達(dá)到1900Mpa，合金的可恢復(fù)形變達(dá)到22.4%，合金的硬度達(dá)到542HV。這些性能比
N1-Ti等形狀記憶合金優(yōu)良許多。圖2是Fes3Ni2iAlil5Tii1合金在不同溫度下時(shí)效60h時(shí)，
時(shí)效溫度對(duì)合金最大抗壓強(qiáng)度和可恢復(fù) 形變的影響。
權(quán)利要求
1.一種多晶鐵基形狀記憶超彈性合金，按原子百分?jǐn)?shù)含有如下組分:25-30%的Ni，10-13%的Al，0.8-1%的Ta和55_65%Fe，以及一些不可避免的雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的多晶鐵基形狀記憶超彈性合金的制備方法，包括采用固溶工藝和時(shí)效處理工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶鐵基形狀記憶超彈性合金的制備方法，其特征在于:所述固溶工藝的溫度在1250-1300°C，固溶時(shí)間20-40min，冷卻速度大于200°C /s。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶鐵基形狀記憶超彈性合金的制備方法，其特征在于:所述時(shí)效處理工藝的溫度在·550-650°C，時(shí)效處理工藝的時(shí)間在50-65小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多晶鐵基形狀記憶超彈性合金及其制備方法。該合金按原子百分?jǐn)?shù)含有如下組分25-30%的Ni，10-13%的Al，0.8-1%的Ta和55-65%Fe，以及一些不可避免的雜質(zhì)。制備方法中包括固溶處理和時(shí)效處理。該發(fā)明的多晶鐵基超彈性合金具有可恢復(fù)形變量較大、超彈性好、強(qiáng)度高、硬度大及可加工性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/12GK103233159SQ20131011738
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者彭文屹, 楊能武 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)