專利名稱：一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于記憶合金領(lǐng)域，特指一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑。
背景技術(shù)：
鐵基記憶合金與鎳基、銅基記憶合金的形狀記憶機(jī)制完全不同，它不屬于熱彈性馬氏體相變，它的形狀記憶效應(yīng)來源于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體的可逆轉(zhuǎn)變Y (fee) - ε (hcp)，母相無需經(jīng)過奧氏體有序化。Fe-Mn-Si系合金屬低層錯能合金,在外加應(yīng)力的作用下,母相奧氏體每隔一層密排晶面的層錯堆垛形成馬氏體ε (hcp)，在升溫過程中ε (hcp)逆轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)。高錳鐵基記憶合金的優(yōu)點(diǎn)在于馬氏體可逆轉(zhuǎn)變量較高，但是由于高錳鐵基記憶合金中由于錳量較高，制作過程中造成錳的揮發(fā)，勢必影響馬氏體可逆轉(zhuǎn)變量。同時(shí)合金中硅量本身就高，所以力學(xué)性能低、加工性能較差，這是影響其工程應(yīng)用的主要原因。對Fe-Mn-Si合金的形狀記憶效應(yīng)及影響因素開展研究，提高合金的記憶效應(yīng)，優(yōu)化生 產(chǎn)工藝，對推動工程應(yīng)用與國民經(jīng)濟(jì)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明開發(fā)出一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，其特征為化學(xué)成分為Ce 18 27wt%、Tb 8 14wt%、Y 4 8wt%、Pr 3 6wt%、La + Sc +Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu 為 10 20wt%，Zr 2 6wt%、Ti 2 5wt%，余為鐵。所述復(fù)合稀土添加劑為塊狀合金，熔點(diǎn)范圍1000 1250°C，復(fù)合稀土添加劑加入量范圍為O. 4
I.0wt%o上述成分可化為Ce22 24wt%、Tb 10 12wt%、Y 6 7wt%、Pr 4 5wt%、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er +Tm +Lu 為 14 16wt%，Zr 4 5wt%、Ti 3 4wt%，余為鐵。


圖I復(fù)合稀土添加劑與晶粒尺寸的關(guān)系
由圖I可以看出，由于加入復(fù)合稀土添加劑，使合金的晶粒組織明顯細(xì)化，晶粒尺寸由原來的O. 38mm O. 4mm下降到O. I mm O. Ilmm,從而明顯提高合金的機(jī)械性能。未加復(fù)合稀土添加劑時(shí)，合金的機(jī)械性能為0b = 661. 5 674. 2 Mpa ,加入復(fù)合稀土添加劑后，合金的機(jī)械性能為Ob = 752. 6 763. 8Mpa。由復(fù)合稀土添加劑和對合金造成的這種影響，主要原因如下(1)復(fù)合稀土添加劑元素的加入形成彌散分布的第二相粒子，限制Y相晶粒長大，使得Y相晶粒長大的驅(qū)動力減小。晶界被第二相粒子的界面張力鎖定，細(xì)化了晶粒。(2)由于母相Y的晶粒被細(xì)化，所以合金的屈服強(qiáng)度Otl. 2增加，未加復(fù)合稀土添加劑時(shí)，合金的屈服強(qiáng)度為σα2 = 334. I 345. 2 Mpa，加入復(fù)合稀土添加劑后，合金屈服強(qiáng)度σα 2= 380.7 391. 5Mpa。在同樣變形量的情況下，加復(fù)合稀土添加劑的合金的基體得到的形變強(qiáng)化效果比不加復(fù)合稀土添加劑的合金好得多。
圖2加入復(fù)合稀土添加劑和未加入復(fù)合稀土添加劑的合金形狀記憶回復(fù)率比較 -未加入復(fù)合稀土添加劑 -加入復(fù)合稀土添加劑
從圖2可以看出，加入復(fù)合稀土添加劑對合金的形狀記憶回復(fù)率來說有顯著的提高。基體的強(qiáng)化使得初始變形時(shí)的永久不可恢復(fù)滑移減小，這有利于提高形狀記憶回復(fù)率。加入復(fù)合稀土添加劑后合金的層錯幾率比沒有加入復(fù)合稀土添加劑的合金大得多，在應(yīng)變誘發(fā)馬氏體過程中有更多的形核中心和更小的應(yīng)變驅(qū)動力，所以更易形成可回復(fù)的馬氏體。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C O. lwt%，復(fù)合稀土添加劑 O. 4wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔化，當(dāng)合金液溫度達(dá)到1550 1570°C時(shí)，保溫靜置5分
鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時(shí)澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火，目的是消除在鑄造冷卻過程中由于各處冷卻條件不均造成的內(nèi)應(yīng)力，避免在后續(xù)的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時(shí)間為24h，退火后進(jìn)行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90mm，然后將進(jìn)行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復(fù)率，得到如圖I和圖2所示的結(jié)果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復(fù)率為59%。合金中加入復(fù)合稀土添加劑后，減少了錳的揮發(fā)，合金化學(xué)成分為Mn24. 92wt%, Si 3. 96wt%, Ni 4. 95wt%, C 0. 091wt%,復(fù)合稀土添加劑 O. 390wt%。實(shí)施例2
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C 0. lwt%，復(fù)合稀土添加劑 0. 6wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔化，當(dāng)合金液溫度達(dá)到1550 1570°C時(shí)，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時(shí)澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火，目的是消除在鑄造冷卻過程中由于各處冷卻條件不均造成的內(nèi)應(yīng)力，避免在后續(xù)的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時(shí)間為24h，退火后進(jìn)行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90mm，然后將進(jìn)行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復(fù)率，得到如圖I和圖2所示的結(jié)果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復(fù)率為67%。合金中加入復(fù)合稀土添加劑后，減少了錳的揮發(fā)，合金化學(xué)成分為Mn24. 94wt%, Si 3. 96wt%, Ni 4. 96wt%, C 0. 09wt%,復(fù)合稀土添加劑 O. 591wt%。實(shí)施例3
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C 0. lwt%，復(fù)合稀土添加劑 I. 0wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔化，當(dāng)合金液溫度達(dá)到1550 1570°C時(shí)，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時(shí)澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火，目的是消除在鑄造冷卻過程中由于各處冷卻條件不均造成的內(nèi)應(yīng)力，避免在后續(xù)的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時(shí)間為24h，退火后進(jìn)行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90臟，然后將進(jìn)行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復(fù)率，得到如圖I和圖2所示的結(jié)果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復(fù)率為60%。合金中加入復(fù)合稀土添加劑后，減少了錳的揮發(fā)，合金化學(xué)成分為Mn24. 93wt%, Si 3. 95wt%, Ni 4. 96wt%, C 0. 09wt%,復(fù)合稀土添加劑 O. 98wt%。 對比例
將Mn 25wt%，Si 4wt%, Ni 5wt%, C 0. lwt%，其余為Fe。合金配制后在中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔化，當(dāng)合金液溫度達(dá)到1550 1570°C時(shí)，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80X 150mm的鑄錠，此時(shí)澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進(jìn)行退火，目的是消除在鑄造冷卻過程中由于各處冷卻條件不均造成的內(nèi)應(yīng)力，避免在后續(xù)的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時(shí)間為24h，退火后進(jìn)行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX 80mmX 90mm，然后將進(jìn)行線切害I]，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復(fù)率，得到如圖I和圖2所示的結(jié)果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 38mm，形狀記憶回復(fù)率為48%。由于合金中沒有加入復(fù)合稀土添加劑，造成錳的揮發(fā)，合金化學(xué)成分為Mn 24. 45wt%,·Si 3.95wt%, Ni 4.96wt%,C 0.09wt%。
權(quán)利要求
1.一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，其特征為化學(xué)成分為Ce 18 27wt% > Tb 8 14wt%、Y 4 8wt%、Pr 3 6wt%、La + Sc + Eu +Gd + Nd +Ho +Er+Tm +Lu為10 20wt%，Zr 2 6wt%、Ti 2 5wt%，余為鐵；所述復(fù)合稀土添加劑為塊狀合金，熔點(diǎn)范圍1000 1250°C，復(fù)合稀土添加劑加入量范圍為O. 4 I. 0wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，成分可優(yōu)化為Ce 22 24wt%、Tb 10 12wt%、Y 6 7wt%、Pr 4 5wt%、La + Sc + Eu +Gd +Nd +Ho +Er +Tm +Lu 為 14 16wt%, Zr 4 5wt%、Ti 3 4wt%,余為鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，復(fù)合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時(shí)，合金組織中晶粒尺寸最小，為O. 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，復(fù)合稀土添加劑加入量為O. 6被％時(shí)，合金的力學(xué)性能達(dá)到最大值，Ob = 763. 8Mpa, σ 0 2=391· 5Mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，復(fù)合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時(shí)，形狀記憶回復(fù)率達(dá)到最大值，形狀記憶回復(fù)率為67%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，合金中錳為25wt%,復(fù)合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時(shí)，錳揮發(fā)的最少，僅揮發(fā)O. 06 wt%0
全文摘要
一種用于高錳鐵基記憶合金的復(fù)合稀土添加劑，屬于記憶合金領(lǐng)域，其特征為化學(xué)成分為Ce18～27wt％、Tb8～14wt％、Y4～8wt％、Pr3～6wt％、La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu為10～20wt%，Zr2～6wt%、Ti2～5wt%，余為鐵。所述復(fù)合稀土添加劑為塊狀合金，熔點(diǎn)范圍1000～1250℃，復(fù)合稀土添加劑加入量范圍為0.4～1.0wt%。
文檔編號C22C33/06GK102864366SQ20121033102
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者李曉薇, 司松海, 張志敏, 齊克堯, 白高鵬 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司