VN时效析出免训练Fe-Mn-Si基形状记忆合金的研究

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本文设计了加入微量的V、N元素的免训练Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-0.7V-0.2N形状记忆合金。系统的研究了合金形状记忆性能、强度、硬度以及耐腐蚀性能。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及X射线衍射仪等仪器分析时效析出VN粒子及其分布情况。形状记忆性能测定表明:时效大幅度提升的合金形状记忆性能,室温下变形4%,时效24h样品的形状记忆性能达到未时效样品的两倍。低温变形极大的提高了合金的形状记忆性能,性能最好的-38℃变形的时效6h的样品形状恢复率达到80%,此数值与经过训练的合金形状记忆性能持平,达到研究免训练合金的实验目的。受VN析出对合金Ms点的影响,随着变形温度的降低,长时间时效的样品出现形状记忆性能下降的现象。时效处理有效改善合金的力学性能,析出的VN粒子极大的提高了合金的硬度及强度。电化学阻抗谱表明加入的V、N元素极大的改善了合金的耐腐蚀性能,随着时效进行,合金的阻抗下降。金相观察表明随着时效的进行,轧制等热处理工艺引起的晶粒变形、组织不均匀性、位错挛晶等一些缺陷,逐渐减少。通过扫描表征,可见析出相粒子随着时效进行析出并且聚集长大,晶界处析出相粒子多于晶粒内部。时效24h样品中析出物已经不是连续性分布,而是聚集成较大粒径的颗粒镶嵌在基体中。EDX分析也支持了析出相粒子团聚的观点。对冷变形试验观察表明:ε马氏体由于晶粒取向不同、晶粒内部大范围的位错及挛晶等缺陷,板条分布不是十分均匀。对样品拉伸变形10%后进行X射线衍射,发现时效处理提高样品变形时诱发的ε马氏体的量,且ε马氏体的含量曲线近似形状记忆曲线。低温变形样品的X射线衍射表明变形温度影响ε马氏体的量,低至-27℃变形时,时效2h、8h的样品诱发ε马氏体的量大幅上升,时效24h样品的诱发ε马氏体的量提升较小。时效6h拉伸变形10%样品的原位X射线衍射表明:加热恢复过程中,变形样品在125℃-200℃的范围发生ε马氏体到奥氏体的转变,结合形状记忆性能曲线,阐明了ε马氏体和层错等亚结构共同作用使合金拥有良好的记忆效应。采用电解萃取的方法,经X射线衍射表征,证实了析出粒子为VN,晶格参数为0.41086nm,与奥氏体基体晶格常数差距为14.2%。
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