Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量（英文）

为制备低残余应力涂层,在304不锈钢表面激光熔覆Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层。采用ANSYSTM有限元分析软件分析其应力场,利用机械钻孔法测量相同工艺条件下的激光熔覆试样的残余应力分布特性对模拟结果进行验证,并采用XRD分析Fe-Mn-Si记忆合金涂层低残余应力机理。结果表明,激光熔覆产生的应力诱发Fe-Mn-Si记忆合金各涂层γ→ε马氏体转变,将残余应力释放,得到低残余应力涂层。在受到各道激光照射(光斑接近至远离)过程中产生的热应力交替呈现为"拉-压-拉"应力状态,越远离激光热源中心,热应力越小;冷却完成后,激光涂层上残余应力表现为拉应力,最大应力位于基体与涂层交界处;在垂直与平行于激光熔覆两个方向上,涂层中的残余应力均呈现两侧大中间小的分布规律,在厚度方向上,熔覆涂层表面至涂层中心残余拉应力逐渐增加到最大值后,过涂层中心至熔化边界残余拉应力的数值开始逐渐降低,过涂层边界后,基体承受压应力并逐渐趋于零应力应力状态。

X射线衍射法测定Fe-Mn-Si形状记忆合金层错几率的研究

Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金的形状记忆效应来源于马氏体相变，而马氏体相变则通过奥氏体内形成每隔一层｛１１１｝面上的堆垛层错来完成。与层错能相关的层错几率可能控制马氏体的相变机制。本文根据Ｗａｒｅｎ的衍射理论，用Ｘ射线衍射峰位移和峰宽化两种方法测定了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金的层错几率，其结果表明随锰含量增加，层错几率降低。本文着重对提高衍射峰位移和峰宽化两种测定方法的精度及其影响因素进行详细的研究。

快速凝固对Fe-Mn-Si系形状记忆合金组织和性能的影响

研究了快速凝固对Fe-Mn-Si系形状记忆合金组织和性能的影响。结果表明,快速凝固由于大大细化了组织,从而导致合金屈服强度提高,同时,快速凝固试样内部容易产生较多的α′马氏体,这种预存的马氏体也有助于提高基体的强度,从而抑制不可逆塑性变形的产生,让更多的变形由应力诱发ε马氏体来承担,和轧制试样相比,形状记忆效应约提高13%～200%;快速凝固试样由于晶粒细小,晶界多,可供ε马氏体形核的位置也较多,所以ε马氏体长得比较细小,也容易发生交叉穿越的现象。

Fe-Mn-Si形状记忆合金低温松弛机理

采用X射线衍射、透射电镜以及恢复力测量,研究了Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni合金的低温松弛性能.结果表明,实验合金的低温松弛十分严重,恢复力在-60℃时较室温下松弛了57.17％.低温松弛后实验合金组织中存在较多的ε和α＇马氏体,这些ε和α＇马氏体主要是由应力诱发产生的.温度降低相变驱动力增大,在恢复力的作用下发生应力诱发ε和α＇马氏体相变是导致Fe-Mn-Si合金低温松弛的根本原因,诱发的ε和α＇马氏体量越多,松弛程度就越高.

Fe-Mn-Si系形状记忆合金研究近况

Fe-Mn-Si系形状记忆合金因其很好的可加工性和低廉的价格而备受关注。综述了该系形状记忆合金最近的研究工作,包括相变机制、影响因素,着重是提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能的途径。主要通过选择合适的合金成分配比和摸索恰当的制备工艺来提高和改善Fe-Mn-Si系合金性能,叙述了该合金系不同合金元素和制备工艺对形状记忆效应的影响。

Fe-30Mn-6Si-xN形状记忆合金层错能的热力学计算

利用包含置换原子和间隙原子的层错能势力学模型，计算了不同 Ｎ含量下 Ｆｅ－３０Ｍｎ－６３Ｓｉ－ｘＮ形状记忆合金的层错能计算结果表明， Ｎ对合金层错能的作用是先增加后降低（存在一个转折点 ｐ，对应 Ｎ含量（质量分数）为 ωｐ）：当少量的 Ｎ固溶在合金中（ωＮ＜ωｐ）时，由于Ｎ和近邻原子间的交互作用，合金的层错能有所增加；在Ｎ含量比较高时（ωＮ＞ωｐ），Ｎ在层错区的偏聚对层错能的降低起了重要作用．Ｎ在合金中不同的间隙占位，将直接影响ωｐ值：Ｎ位于八面体间隙位置时，ωｐ约为０．３５％；若Ｎ位于四面体间隙位置，ωｐ仅为０．１５％．

Fe-Mn-Si形状记忆合金耐磨性的研究

采用真空中频熔炼炉制备Fe-16.86Mn-4.50S i-10.30Cr-4.20N i试验合金,在M-200型摩擦磨损试验机上评价其在干摩擦和油润滑条件下的磨损性能,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察和分析试验合金的磨损表面及其磨损机理.结果表明,试验合金在油润滑条件下的耐磨性显著高于干摩擦下的耐磨性,而且其磨损量并不随载荷增加而增大,如当载荷300 N时的磨损量比100 N时的磨损量小.同1Cr-18N i-9Ti不锈钢的耐磨性相比,在干摩擦下试验合金的耐磨性较差,而在油润滑下的耐磨性较好.在油润滑下试验合金的磨损表面存在大量ε马氏体,而在干摩擦下其磨损表面没有ε马氏体,由于摩擦力诱发γ→ε马氏体相变导致Fe-Mn-S i合金在干摩擦和油润滑条件下具有不同的磨损机理,从而使得合金在油润滑下具有优良的耐磨性.

Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金管接头形状记忆效应和耐腐蚀性能的研究

研究了Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金管接头形状记忆效应和耐腐蚀性能。结果表明,随着预变形量的增加,管接头的形状记忆效应下降,而恢复应变呈上升趋势,当预变形超过5.3%左右时,上升幅度不大;连接状态的管接头在模拟油田介质中的耐腐蚀性能比3.5%的NaCl溶液中的抗蚀性差;在模拟油田介质中,连接状态和未连接的管接头相比,由于回复应力使表面产生拉应力以及应力诱发ε马氏体的存在,使连接状态的管接头耐腐蚀性能下降;随着预变形的增大,由于回复应力、管接头裂纹以及晶体缺陷密度增加的共同作用,使连接状态的管接头耐腐蚀性能降低。

Fe-Mn-Si形状记忆合金电阻率特性

为分析Fe17Mn5Si10Cr5Ni形状记忆合金(SMA)电阻率与奥氏体(γ)→ε马氏体相变及其逆相变的关系,通过动态电阻测量系统、X射线衍射(XRD)、金相显微镜等,观测拉伸和加热过程中SMA电阻率、物相组成和显微组织的变化.结果表明:在0%~7.0%拉伸应变过程中,SMA电阻率随着拉伸应变的增加而增大;在γ→ε马氏体相变期间,SMA电阻率的增幅变大,且与ε马氏体含量的变化规律保持一致;5.0%拉伸应变的SMA试样在加热及冷却过程中,其电阻率与温度成正相关关系;在γ→ε马氏体逆相变期间,SMA电阻率的增幅随着ε马氏体含量的减少而变小.

Fe-Mn-Si-Cr-Ni形状记忆合金ε→γ转变热分析

用差示扫描量热仪（ＤＳＣ－７）测量试样的转变焓（ΔＨ）和转变温度（Ｍｓ，Ａｓ，Ａｆ）。试验预变形量分别为０％、６％和８％，加热和冷却速度分别为１００Ｋ／ｍｉｎ和２０Ｋ／ｍｉｎ。结果表明，合金在１０００Ｋ下退火ε→γ转变没有全部进行。热循环不仅降低Ａｓ点也降低Ａｆ点。随着预应变量增加，转变焓增加，Ａｓ点降低。

一种新型Fe-Mn-Si-Ni系形状记忆合金的研究

本文采用电镜和X射线衍射分析研究了Fe-25.38Mn-3.47Si-2.98Ni合金的fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变;系统考察了形变温度,形变量等参数对形状记忆效应的影响。结果表明,试验合金在热轧状态于77-300K温度范围内变形,均能呈现良好的形状记忆效应。其微观机制与应力诱发γ→ε马氏体相变有关。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金的奈尔温度(T_N)对马氏体相变的影响

用静电音频内耗仪测量了 Fe- 30 .3Mn- 6 .1Si,Fe- 2 9.0 5 Mn- 6 .2 7Si- RE,Fe- 2 6 .4Mn- 6 .0 2 Si- 5 .2 Cr形状记忆合金在 15 0～ 6 0 0 K温度范围的内耗及模量变化 ,确定了三种合金的 TN 温度及 MS温度 ,通过计算 ε→ γ相变内耗峰的面积 ,研究了奈尔温度 TN 对 γ→ ε马氏体相变的影响 .结果表明 :合金成分显著地影响 TN 温度 ,其中 RE和 Cr均降低 TN 温度 .随着 TN 温度的降低 ,MS- TN 温度差增大 ,TN 温度对马氏体相变的抑制作用降低 ,使马氏体形成量增加 ,进而使 ε→ γ相变峰的面积即逆相变量增大 .

Fe-Mn-Si系形状记忆合金中热诱发ε_M的单元结构及生长特性研究

用透射电子显微镜观察了Fe-17M-10Cr-5Si-4Ni合金中热诱发ε马氏体(εM)的组成结构,探讨了εM生长特性,实验表明,合金中较大尺寸的热诱发εM具有由生长取向大致相同的单元以首尾相接方式组成的结构特点,层错带平行分布的体系中εM具有促发形核、接续长大的生长特性。

Fe-Mn-Si形状记忆合金的应用研究现状及展望

Fe-Mn-Si形状记忆合金具有原料丰富、价格低廉、力学性能好、使用方便等优点,在工程中具有广阔的应用前景.本文对Fe-Mn-Si形状记忆合金国内外应用研究的现状进行了综述,介绍了Fe-Mn-Si形状记忆合金在紧固连接以及智能混凝土等方面的应用,并对其在工程应用中的发展方向做了展望.

Fe-Mn-Si形状记忆合金fc(γ)→hcp(ε)马氏体相变温度的热力学预报

借助于Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金层错几率Ｐｓｆ的Ｘ射线测量，计算了Ｐｓｆ与合金成分的关系，得到Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ三元系的１／Ｐｓｆ表达式．结合层错形核的热力学模型，经回归得Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金ｆｃ（γ）→ｈｃｐ（ε）马氏体相变的临界相变驱动力和Ｐｓｆ的关系式，进而得到临界相变驱动力与合金成分的关系．借助Ｐｓｆ建立了成分与相变驱动力之间的关系，结合有关热力学分析计算得到的Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金γ和ε两相Ｇｉｂｂｓ自由能曲线，预报了Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ三元系合金的ｆｃｃ（γ）→ｈｃｐ（ε）马氏体相变的温度．

激光焊对Fe-Mn-Si系形状记忆合金焊缝区组织和性能的影响

研究了激光焊对Fe-Mn-Si系形状记忆合金焊缝区组织和性能的影响,结果表明,激光焊焊缝区组织显著细化,大大提高基体的强度,同时,由于激光焊焊缝过冷度大,容易产生较多的层错,这些层错有利于应力诱发ε马氏体形核,从而显著提高焊缝区的形状记忆效应,和母材相比,提高幅度达40%-178% 左右;在模拟油田介质情况下,激光焊焊缝耐腐蚀性能高于母材,这是因为,激光焊焊缝组织细小均匀,在腐蚀过程中产生钝化现象,同时也降低了腐蚀电池的电位差,从而降低了合金的腐蚀速度,提高耐腐蚀性能.

Fe－Mn－Si形状记忆合金研究进展

对近年来Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金形状记忆效应的影响因素及工程应用的研究结果进行了评述，并对Ｍｎ、Ｓｉ元素。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金耐磨性的研究

通过滑动摩擦磨损试验研究了一种Fe-Mn-Si基形状记忆合金的耐磨性,并借助扫描电镜(SEM)观察,X射线衍射(XRD)等手段研究了其摩擦磨损过程的相变机制.研究发现油摩擦时,Fe-Mn-Si基形状记忆合金具有良好的耐磨性,磨损机制为磨粒磨损.XRD分析和SEM观察表明,油摩擦时Fe-Mn-Si基记忆合金可通过应力诱发→马氏体相变及其相变伪弹性降低应力集中,抑制塑性滑移变形,避免微裂纹的形成和扩展提高其耐磨性.

热机械训练对Fe-Mn-Si系形状记忆合金记忆效应及组织结构的影响

研究了热机械训练次数对Fe-Mn-Si系形状记忆合金记忆效应的影响。结果表明,随着训练次数的增加,合金可回复应变先增加后降低,3次热机械训练后合金的回复率达到最高1.95%。微观结构分析表明,记忆效应在初始阶段升高的原因主要归结于热机械训练诱发马氏体择优取向,ε马氏体分布比较均匀,相互平行,交叉现象较少,多次(4次以后)训练回复率降低则主要是由于合金基体内部形成大量位错缠结,产生不可逆塑性变形所致。

Fe-Mn-Si基形状记忆合金在管接头方面的研究及应用

回顾了形状记忆合金的发展历史,阐述了Fe-Mn-Si基形状记忆合金的形状记忆机制及其管接头的连接原理,分析了Fe-Mn-Si基形状记忆合金在价廉管接头方面的研究现状,并提出了在这一研究热点中尚待解决的问题。