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Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金马氏体相变特征及其形状记忆效应

作　者: 丁坤英
导　师: 林晓娉
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 形状记忆效应马氏体相变形状回复率表面浮凸原子力显微镜
分类号: TG139.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文利用X射线衍射仪(X-ray)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、万能拉伸试验机等试验设备研究了Fe-25.27Mn-5.54Si-6.89Cr-5.06Ni-0.16N合金的马氏体相变类型、相组成、形态、宏观点阵变形特征及形状记忆效应,揭示了形状记忆性能与合金微观组织、宏观点阵变形特征之间的联系,探讨了影响合金形状记忆效应的形态学及晶体学因素。研究结果表明,马氏体类型、形态及含量随预变形量的增加而变化。预变形1%时,诱发γ→ε马氏体相变,薄片占马氏体呈平行态分布,其含量为20.0%;预变形4%时,ε马氏体呈矛头状或菱形自协作组态生长,含量为50.4%;预变形6%时,ε马氏体出现交叉生长模式并诱发非热弹性α′马氏体,此时ε马氏体含量为43.8%,α′马氏体含量为18.9%;预变形9%时,ε马氏体含量下降为22.0%,α′马氏体含量增加到54.3%。试验合金的形状回复率随预变形量的增加呈下降趋势。预变形量为1%、4%、6%、9%时,试验合金的形状回复率分别为56.3%、50.2%、42.5%、35.7%。热循环训练工艺可以改善试验合金的记忆性能,经1%、4%、6%、9%预变形、训练2次后,合金的形状回复率分别为63.5%、59.3%、57.2%、43.2%。ε马氏体的交叉及非热弹性α′马氏体的生成是试验合金形状记忆效应下降的主要原因,适当次数的训练可以使ε马氏体重新形核并排列,减少交叉几率,提高了ε马氏体的逆转变率。利用原子力显微镜研究了应力诱发马氏体相变及逆相变过程中的宏观点阵变形特征。结果表明,应力诱发马氏体相变表面浮凸为单倾“N”型,呈平行态和交叉态两种形态分布。平行态表面浮凸的高度、分布密度随变形量增加而增加,在逆相变过程中呈现良好的热恢复性能;密集排列的平行态表面浮凸引起程度较大的晶格畸变,预变形量大于6%时,诱发非稳态8H结构的“次浮凸”,在拉应力作用下“次浮凸”可向2H结构的稳态浮凸转变。预变形量大于6%时,诱发高度、宽度较小的交叉态表面浮凸。交叉态表面浮凸热恢复性能很差,减小了马氏体相变点阵变形的可逆性,使ε→γ逆相变受阻。应力诱发ε马氏体的形态和相变过程中的点阵变形特征影响着合金的形状回复率。当预变形量较小时,应力诱发的ε马氏体及相变点阵变形形成的表面浮凸都呈平行态分布,逆相变过程中已改变的晶体排列方式可按原路径返回,此时合金可获得较高的形状回复率;当预变形量较大时,ε马氏体呈交叉态生长且诱发非热弹性的α′马氏体,表面浮凸也出现交叉分布形态,晶格点阵排列发生紊乱,相变可逆性下降,形状回复率受到影响。

全文目录

第一章绪论  9-17
  §1.1 前言  9
  §1.2 FeMnSi基形状记忆合金及FCC→HCP马氏体相变  9-11
  §1.3 马氏体相变的表面浮凸  11-13
  §1.4 影响Fe-Mn-Si合金形状记忆效应的因素  13-16
    1.4.1 合金化对形状记忆效应的影响  13-14
    1.4.2 母相强化对形状记忆效应的影响  14-15
    1.4.3 热机械循环训练对形状记忆效应的影响  15-16
  §1.5 本文选题目的及主要研究内容  16-17
    1.5.1 本文选题目的  16
    1.5.2 主要研究内容  16-17
第二章试验材料与试验方法  17-24
  §2.1 合金成份设计及熔炼  17-18
    2.1.1 合金成分设计  17
    2.1.2 合金的熔炼  17-18
  §2.2 合金微观组织结构观察及分析  18-21
    2.2.1 X射线衍射分析  18-20
    2.2.2 光学显微镜及扫描电镜分析  20
    2.2.3 透射电镜显微组织分析  20
    2.2.4 原子力显微镜观察与定量分析  20-21
  §2.3 相变临界点的测量  21
  §2.4 合金形状记忆效应的测定  21-24
    2.4.1 弯曲试样形状记忆效应的测定  21-22
    2.4.2 拉伸试样形状记忆效应的测定  22-24
第三章 Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金的马氏体相变  24-33
  §3.1 Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金应力诱发马氏体相变的相分析  24-27
    3.1.1 应力诱发ε马氏体和α′马氏体相变  24-26
    3.1.2 应力诱发马氏体相变中各相的定量分析  26-27
  §3.2 预变形量对Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金马氏体形态的影响  27-32
  §3.3 本章结论  32-33
第四章 Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金的形状记忆效应  33-40
  §4.1 预变形条件对Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金形状记忆效应的影响  33-36
  §4.2 “训练”工艺对Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金形状记忆效应的影响  36-39
  §4.3 本章结论  39-40
第五章 Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金马氏体相变宏观点阵变形特征  40-56
  §5.1 应力诱发γ→ε(α′)马氏体相变表面浮凸形貌及定量分析  40-49
    5.1.1 合金试样母相表面形貌及定量分析  40-41
    5.1.2 不同预应变量条件下γ→ε(α′)马氏体相变表面浮凸形貌及定量分析  41-47
    5.1.3 交叉状马氏体表面浮凸形貌与定量分析  47-49
  §5.2 ε(α′)→γ马氏体逆相变表面浮凸形貌及定量分析  49-55
    5.2.1 平形态表面浮凸在逆相变过程中的变化  49-53
    5.2.2 交叉态表面浮凸在逆相变过程中的变化  53-55
  §5.3 本章结论  55-56
第六章应力诱发马氏体相变与形状记忆效应  56-64
  §6.1 Fe-Mn-Si-Cr-Ni-N合金中ε马氏体形核机制  56-60
  §6.2 应力诱发ε马氏体的自协作  60-61
  §6.3 马氏体形态、宏观点阵变形特征与形状记忆效应  61-64
第七章结论  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间所发表的论文  70

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