專利名稱：一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑的制作方法
技術領域：
本發明屬于記憶合金領域，特指一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑。
背景技術：
鐵基記憶合金與鎳基、銅基記憶合金的形狀記憶機制完全不同，它不屬于熱彈性馬氏體相變，它的形狀記憶效應來源于應力誘發馬氏體的可逆轉變Y (fee) - ε (hcp)，母相無需經過奧氏體有序化。Fe-Mn-Si系合金屬低層錯能合金,在外加應力的作用下,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)逆轉變呈現形狀記憶效應。高錳鐵基記憶合金的優點在于馬氏體可逆轉變量較高，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，勢必影響馬氏體可逆轉變量。同時合金中硅量本身就高，所以力學性能低、加工性能較差，這是影響其工程應用的主要原因。對Fe-Mn-Si合金的形狀記憶效應及影響因素開展研究，提高合金的記憶效應，優化生 產工藝，對推動工程應用與國民經濟有重要的現實意義。本發明開發出一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑。
發明內容
本發明的目的是開發出一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，其特征為化學成分為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。所述復合稀土添加劑為塊狀合金，熔點范圍1000 1250°C，復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復合稀土添加劑與晶粒尺寸的關系
由圖I可以看出，由于加入復合稀土添加劑，使合金的晶粒組織明顯細化，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械性能。未加復合稀土添加劑時，合金的機械性能為0b = 661. 5 674. 2 Mpa ,加入復合稀土添加劑后，合金的機械性能為Ob = 752. 6 763. 8Mpa。由復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相晶粒長大的驅動力減小。晶界被第二相粒子的界面張力鎖定，細化了晶粒。(2)由于母相Y的晶粒被細化，所以合金的屈服強度Otl. 2增加，未加復合稀土添加劑時，合金的屈服強度為σα2 = 334. I 345. 2 Mpa，加入復合稀土添加劑后，合金屈服強度σα 2= 380.7 391. 5Mpa。在同樣變形量的情況下，加復合稀土添加劑的合金的基體得到的形變強化效果比不加復合稀土添加劑的合金好得多。
圖2加入復合稀土添加劑和未加入復合稀土添加劑的合金形狀記憶回復率比較 -未加入復合稀土添加劑 -加入復合稀土添加劑
從圖2可以看出，加入復合稀土添加劑對合金的形狀記憶回復率來說有顯著的提高。基體的強化使得初始變形時的永久不可恢復滑移減小，這有利于提高形狀記憶回復率。加入復合稀土添加劑后合金的層錯幾率比沒有加入復合稀土添加劑的合金大得多，在應變誘發馬氏體過程中有更多的形核中心和更小的應變驅動力，所以更易形成可回復的馬氏體。
具體實施例方式實施例I
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C O. lwt%，復合稀土添加劑 O. 4wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應電爐中進行熔化，當合金液溫度達到1550 1570°C時，保溫靜置5分
鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進行退火，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應力，避免在后續的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時間為24h，退火后進行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90mm，然后將進行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進行力學性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復率，得到如圖I和圖2所示的結果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復率為59%。合金中加入復合稀土添加劑后，減少了錳的揮發，合金化學成分為Mn24. 92wt%, Si 3. 96wt%, Ni 4. 95wt%, C 0. 091wt%,復合稀土添加劑 O. 390wt%。實施例2
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C 0. lwt%，復合稀土添加劑 0. 6wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應電爐中進行熔化，當合金液溫度達到1550 1570°C時，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進行退火，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應力，避免在后續的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時間為24h，退火后進行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90mm，然后將進行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進行力學性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復率，得到如圖I和圖2所示的結果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復率為67%。合金中加入復合稀土添加劑后，減少了錳的揮發，合金化學成分為Mn24. 94wt%, Si 3. 96wt%, Ni 4. 96wt%, C 0. 09wt%,復合稀土添加劑 O. 591wt%。實施例3
將 Mn 25wt%, Si 4wt%, Ni 5wt%, C 0. lwt%，復合稀土添加劑 I. 0wt%，其余為 Fe。合金配制后在中頻感應電爐中進行熔化，當合金液溫度達到1550 1570°C時，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80Χ 150mm的鑄錠，此時澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進行退火，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應力，避免在后續的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時間為24h，退火后進行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX80mmX90臟，然后將進行線切割，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進行力學性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復率，得到如圖I和圖2所示的結果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 2mm,形狀記憶回復率為60%。合金中加入復合稀土添加劑后，減少了錳的揮發，合金化學成分為Mn24. 93wt%, Si 3. 95wt%, Ni 4. 96wt%, C 0. 09wt%,復合稀土添加劑 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電爐中進行熔化，當合金液溫度達到1550 1570°C時，保溫靜置5分鐘，扒渣后澆注成Φ80X 150mm的鑄錠，此時澆注溫度為1530°C。將澆注好的鑄錠，放入箱式電阻爐中進行退火，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應力，避免在后續的熱加工過程中開裂，退火溫度為1100°C，時間為24h，退火后進行鑄件的鍛打，鍛打溫度為1000 800°C，鍛打成IOmmX 80mmX 90mm，然后將進行線切害I]，切割成ImmX IOmmX 90mm的試樣。將切割好的試樣進行力學性能測試，并采用彎曲變形法測定其形狀記憶回復率，得到如圖I和圖2所示的結果。由圖I和圖2看出，晶粒尺寸為O. 38mm，形狀記憶回復率為48%。由于合金中沒有加入復合稀土添加劑，造成錳的揮發，合金化學成分為Mn 24. 45wt%,·Si 3.95wt%, Ni 4.96wt%,C 0.09wt%。
權利要求
1.一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，其特征為化學成分為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；所述復合稀土添加劑為塊狀合金，熔點范圍1000 1250°C，復合稀土添加劑加入量范圍為O. 4 I. 0wt%。
2.根據權利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，成分可優化為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.根據權利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，復合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時，合金組織中晶粒尺寸最小，為O. 1mm。
4.根據權利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，復合稀土添加劑加入量為O. 6被％時，合金的力學性能達到最大值，Ob = 763. 8Mpa, σ 0 2=391· 5Mpa。
5.根據權利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，復合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時，形狀記憶回復率達到最大值，形狀記憶回復率為67%。
6.根據權利要求I所述一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，合金中錳為25wt%,復合稀土添加劑加入量為O. 6wt%時，錳揮發的最少，僅揮發O. 06 wt%0
全文摘要
一種用于高錳鐵基記憶合金的復合稀土添加劑，屬于記憶合金領域，其特征為化學成分為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。所述復合稀土添加劑為塊狀合金，熔點范圍1000～1250℃，復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 優先權日2012年9月10日
發明者李曉薇, 司松海, 張志敏, 齊克堯, 白高鵬 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司