原位自生碳化物颗粒增强femnsi基形状记忆合金及性能研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要形状记忆合金是最具实用价值金属功能材料之一，Fe-Mn-Si基合金具有价格低廉、工艺简单等一系列优点。但该系合金的形状回复率不高，耐蚀性能较差限制了其应用范围的进一步扩大。本文通过优化合金成分设计，对原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基合金形状记忆效应及其相关性能进行了研究。通过添加适量Nb，V，Ti，RE(Ce)等合金元素，设计了八种典型成分的Fe-Mn-Si基形状记忆合金，并用原位自生法制备出了碳化物颗粒弥散分布增强的Fe-Mn-Si基合金。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等研究了合金的显微组织及物相成

2、分。固溶态合金基体主要为奥氏体及少量热诱发ε马氏体，生成适量的热诱发马氏体对合金形状记忆效应有利。随着预变形量增大，合金组织中应力诱发ε马氏体开始增多，由原来的单一方向ε马氏体变成交叉方向马氏体。采用拉伸变形法，研究了不同工艺参数、不同成分合金的形状记忆效应。结果表明，固溶态合金在变形前于一定的温度（750℃）进行时效处理（250min）能有效提高合金的形状记忆效应。随时效处理温度的升高，合金形状回复率缓慢提高，在750℃下达到最大，之后开始下降。合金的形状回复率随着预变形量的增大而减小，在预变形为2％时达到最大值，其中成分为Fe-14.0Mn-6

3、.0Si-9.0Cr-5.0Ni-0.83Nb-0.045Ce合金的回复率达到96.9％。热机械训练能有效提高合金形状回复率，特别是第一次训练提高最为显著。Fe-Mn-Si基合金中加入适量的Cr，Ni，Nb等元素可以显著提高合金耐腐蚀性能，在碱性NaOH溶液中其耐蚀性是304，316不锈钢的3倍。关键词：Fe-Mn-Si基合金，形状记忆效应，原位自生颗粒，预变形，时效温度，热机械训练，马氏体相变i原位自生碳化物颗粒增强Fe-Mn-Si基形状记忆合金及性能研究ABSTRACTShapememoryalloysareonekindoffunctiona

4、lmaterialspossessingagreatpracticaluse.TheFe-Mn-Sibasedalloyshaveaseriesofadvantagessuchaslowcostandprocessingeasiness.However,thelowshapememoryrecoveryratioandthelimitedanti-corrosionabilityrestricttheirusage.Inthepresentpaper,thein-situcarbideparticulatereinforcedFe-Mn-Sibas

5、edshapememoryalloys(SMA)werepreparedbyoptimizingthecompositions.Themechanicalpropertiesofthepreparedalloyswerealsostudied.EightkindsofFe-Mn-SibasedSMAweredesignedbyaddingasuitableamountofNb,V,Ti,andRE(Ce)elements.TheFe-Mn-SibasedSMAreinforcedwithauniformlydispersedin-situcarbi

6、departiculateswereprepared.Opticalmicroscope(OM),scanningelectronmicroscope(SEM)andX-raydiffraction(XRD)wereusedtostudythemicrostructuresandphasesofFe-Mn-Sibasedalloys.Thesolidsolutionstatedalloymatrixmainlyconsistedoftheausteniteandasmallamountofheatreducedεmartensite.Thepres

7、enceofasuitableamountofheatreducedεmartensitefavoredtheenhancementoftheshaperecoveryratio.Withincreasingthepre-deformationdegree,theamountofthestressinducedmartensiteincreased,anditsorientationchangedfromasingledirectiontoacrossedfrom.Tensiletestswereusedtostudytheshapememorye

8、ffectofthealloysbychangingtheprocessingparametersandthechemic