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Fe-Mn-Si形状记忆合金设计及其试验研究

作　者: 刘俊峰
导　师: 程晓敏
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 形状记忆合金 形状记忆效应 马氏体相变 Fe-Mn-Si合金 形状回复
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


形状记忆合金利用应力诱发马氏体相变或温度诱发马氏体相变实现形状记忆效应,是一种新兴的功能材料。Fe-Mn-Si合金是一种实用性能优良、造价低廉的形状记忆合金材料,近年来成为人们研究的热点。尽管该合金研究起步较晚,但其在紧固件等方面应用的优越性使得对其研究进展迅速。 本文对Fe-Mn-Si合金进行了化学成分设计与分析、显微结构观察与分析、硬度测试、不同回复退火温度下形状记忆回复率测试、不同预变形量下形状记忆回复率测试以及形状记忆训练等试验研究。Mn、Si含量对合金的尼耳转变点、奥氏体转变终了温度、马氏体转变开始温度等参数有很强烈的影响,且由此影响合金的形状记忆效应。另外,Si的固溶强化作用提高了合金硬度。因此,合金成分选择至关重要。要产生应力诱发马氏体相变及逆相变,避免全位错滑移的引入,实现优良的形状记忆效应,合金中Mn的含量要控制在20%～30%,Si的含量要控制在4%～6%。本文采用工业纯铁、电解锰及纯硅通过真空熔炼制备得到Fe-22.72Mn-5.01Si合金。 Fe-22.72Mn-5.01Si合金高温淬火后得到单一奥氏体相。在外加应力作用下合金从面心立方结构奥氏体转变为密排六方结构马氏体。卸去外应力,对其进行回复退火,合金发生逆转变,从马氏体转变为奥氏体。合金的马氏体相变是层错形核机制,由Shockley不全位错的运动产生。同时由于层错能较低,两个Shockley不全位错和一片层错产生的新组态不易滑移,决定了其可逆运动途径的唯一性,从而实现形状回复。 在一定的变形范围内,Fe-22.72Mn-5.01Si合金的形状记忆回复率随着预变形量的增大而提高;随着回复退火温度升高而增加,且在600℃附近获得峰值。在训练过程中,合金的记忆回复率先逐渐上升,然后稳定。训练合金的显微组织为奥氏体和马氏体,可以观察到较清晰的奥氏体晶界;马氏体分布比较均匀,相互平行,交叉现象较少,有利于合金中马氏体逆转变的发生。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-17
  1．1 引言  8-9
  1．2 形状记忆效应  9-10
  1．3 形状记忆合金  10-13
    1．3．1 Ni—Ti基形状记忆合金  10-11
    1．3．2 铜基形状记忆合金  11
    1．3．3 铁基形状记忆合金  11-13
  1．4 形状记忆合金的应用  13-15
  1．5 形状记忆合金的发展及有待进一步研究的问题  15-17
第2章 马氏体相变与形状记忆效应  17-32
  2．1 马氏体相变  17-18
  2．2 马氏体相变的基本特征  18-24
  2．3 热弹性马氏体与应力诱发马氏体  24-25
    2．3．1 热弹性马氏体  24
    2．3．2 应力诱发马氏体  24-25
  2．4 合金的形状记忆机理  25-30
    2．4．1 Ni—Ti合金的形状记忆机理  25-26
    2．4．2 Cu基合金的形状记忆机理  26-27
    2．4．3 Fe—Mn—Si合金的形状记忆机理  27-30
  2．5 Fe—Mn—Si形状记忆合金的工程应用研究  30-32
第3章 Fe—Mn—Si形状记忆合金的实验研究  32-35
  3．1 样品制备  32
  3．2 记忆效应测量  32-35
    3．2．1 弯曲模具设计  32-33
    3．2．2 试样弯曲变形  33
    3．2．3 预变形与形状记忆效应实验  33-34
    3．2．4 回复退火温度与记忆效应实验  34
    3．2．5 形状记忆训练与记忆效应实验  34-35
第4章 实验结果与分析  35-52
  4．1 Fe—Mn—Si形状记忆合金的成分设计  35-36
    4．1．1 Mn、Si元素对合金性能的影响  35-36
    4．1．2 成分设计  36
  4．2 Fe—Mn—Si形状记忆合金中的马氏体相变相变  36-38
  4．3 合金显微组织  38-45
    4．3．1 铸态显微组织  38-40
    4．3．2 退火态显微组织  40-41
    4．3．3 合金10%变形未回复显微组织  41-42
    4．3．4 合金回复退火显微组织  42-44
    4．3．5 形状记忆训练后合金显微组织  44-45
  4．4 合金硬度测试  45
  4．5 影响合金形状记忆效应的因素  45-52
    4．5．1 母相强化对合金形状记忆效应的影响  46-47
    4．5．2 预变形对合金形状记忆效应的影响  47-49
    4．5．3 回复退火温度对合金形状记忆的影响  49-50
    4．5．4 记忆训练对合金形状记忆效应的影响  50-52
第5章 结论  52-53
参考文献  53-57
攻读硕士期间发表的论文  57-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 其他特种性质合金 > 形状记忆合金
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