Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应及耐腐蚀性能的研究

发布时间：2017-04-01 06:53

  本文关键词：Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应及耐腐蚀性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Fe-Mn-Si系形状记忆合金具有价格低廉、成型加工性能好、力学性能好、相变点高、热滞大等优点,但是,与Ni-Ti形状记忆合金相比,其形状记忆效应相对较低,耐腐蚀性能差,这就成为其应用发展的一大障碍。实际应用中,记忆合金的使用环境复杂多变,这就导致在选择形状记忆合金的时候,还必须考虑被使用状态的耐腐蚀性能。为了提高Fe-Mn-Si系形状记忆合金的形状记忆效应,本文利用固溶处理、快速凝固、热-机械循环训练对Fe-Mn-Si系形状记忆合金进行处理,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射研究了固溶处理、快速凝固、热-机械循环对Fe-Mn-Si系形状记忆合金的形状记忆效应的影响规律及其机制,同时,研究了尺寸效应对形状记忆效应的影响规律。通过电化学腐蚀实验、失重法研究了多种状态下的Fe-Mn-Si系形状记忆合金耐腐蚀性能,结果表明：(1)Fe-Mn-Si系合金形状记忆效应随着固溶温度的增加呈现先增加后降低的变化趋势,最优固溶温度为973K,研究认为,低温段时Fe-Mn-Si系合金形状记忆效应升高主要因为晶粒形态变化导致应力诱发ε-马氏体生长阻力减小；后期形状记忆效应下降因为晶粒长大及第二相溶解。(2)快速凝固可以显著细化Fe-Mn-Si系形状记忆合金晶粒,铸态晶粒直径约60 μ m,经过快速凝固后的晶粒直径约为20 μ m。快速凝固可以在铸态基础上显著提高Fe-Mn-Si系形状记忆合金的形状记忆效应,且各种预变形量下,快速凝固材料形状记忆效应都高于铸态材料。但不同预变形量情况下,形状记忆效应提高比例不一,低预变形情况下,形状记忆效应提高幅度约为24%；高预变形情况下,提高幅度显著增加,约提高160%左右。分析认为,快速凝固处理提高Fe-Mn-Si系合金形状记忆效应主要因为快速凝固样品有更多的晶界、层错以及更高的基体强度,从而产生了更多的应力诱发ε-马氏体。(3)热-机械循环训练次数对铸态、快速凝固材料的形状记忆效应影响一致。训练次数对两种状态Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆的效应影响基本呈现先升高后降低的变化趋势,训练两次的效果最好,且高低预变形条件下均如此。铸态Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应最高可达到38%左右,快速凝固态可达55%左右。分析认为,热-机械循环训练能提高形状记忆效应主要源于训练过程中产生了层错这类有利于产生更多应力诱发ε-马氏体的缺陷。(4)相同预变形量情况下,样品尺寸越大,形状记忆效应越低。研究发现,这种现象主要源于相同预变形情况下,大尺寸样品发生了更多的应力诱发ε-马氏体交叉。相同尺寸样品的形状记忆效应随着预变形量的增加而降低,这主要源于塑性变形的增加。(5)与铸态Fe-Mn-Si系形状记忆合金相比,快速凝固材料在HCl溶液中的耐腐蚀性能相对较好,NaOH溶液中的耐腐蚀性能相对较差。轧制状态的Fe-Mn-Si系形状记忆合金在NaOH溶液中的耐腐蚀性能好于HC1溶液中的耐腐蚀性能,且在每种腐蚀液中,高浓度下的耐腐蚀性均相对较低。热-机械循环训练后的记忆合金耐腐蚀性能低于未经过训练的合金,随着循环次数的增加,合金在5%NaOH溶液中的耐腐蚀性能呈下降趋势。高温高压腐蚀环境中,Fe-Mn-Si系形状记忆合金的耐腐蚀性能高于304不锈钢,且随着温度的增加,其耐腐蚀性能变化没有304不锈钢变化大。
【关键词】：Fe-Mn-Si系形状记忆合金 形状记忆效应 尺寸效应 固溶处理 快速凝固 热-机械循环训练 耐腐蚀性
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 记忆合金概述9
• 1.2 Fe-Mn-Si系合金记忆效应的影响因素9-11
• 1.2.1 预存α’马氏体9-10
• 1.2.2 细晶作用10
• 1.2.3 晶界强化10
• 1.2.4 第二相析出10-11
• 1.2.5 层错、位错11
• 1.2.6 化学成分11
• 1.2.7 马氏体的取向11
• 1.3 Fe-Mn-Si系合金记忆效应提高方法11-17
• 1.3.1 热-机械循环训练11-15
• 1.3.2 时效处理15-16
• 1.3.3 快速凝固16-17
• 1.3.4 固溶处理17
• 1.4 本文研究目的、意义、主要内容和技术路线17-21
• 1.4.1 研究目的17-18
• 1.4.2 研究意义18
• 1.4.3 研究内容及技术路线18-21
• 第2章 材料制备及试验方法21-27
• 2.1 原材料制备21
• 2.2 样品制备21-23
• 2.2.1 尺寸效应样品及固溶样品制备21-22
• 2.2.2 快速凝固样品制备22
• 2.2.3 热-机械循环训练样品制备22
• 2.2.4 轧制样品制备22-23
• 2.3 回复率测试23-24
• 2.4 耐腐蚀性能测试24
• 2.5 组织结构分析24-27
• 2.5.1 光学显微镜和扫描电镜分析24-25
• 2.5.2 X射线衍射分析25-26
• 2.5.3 透射电镜分析26-27
• 第3章 尺寸效应和固溶处理对Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应的影响27-31
• 3.1 尺寸效应对Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应的影响27-28
• 3.2 固溶温度对Fe-Mn-Si系形状记忆合金形状记忆效应的影响28-29
• 3.3 本章小结29-31
• 第4章 快速凝固对Fe-Mn-Si系合金组织、记忆效应影响31-37
• 4.1 快速凝固对显微组织的影响分析31-33
• 4.2 快速凝固对Fe-Mn-Si系合金形状记忆效应的影响33-36
• 4.3 本章小结36-37
• 第5章 热-机械循环训练对Fe-Mn-Si系合金记忆效应的影响37-46
• 5.1 热-机械循环训练次数对形状记忆效应的影响37-39
• 5.2 热-机械循环训练预变形量对形状记忆效应的影响39-44
• 5.3 本章小结44-46
• 第6章 Fe-Mn-Si系记忆合金耐腐蚀性能研究46-54
• 6.1 快速凝固对Fe-Mn-Si系记忆合金耐腐蚀性能的影响46-48
• 6.2 轧制Fe-Mn-Si系记忆合金耐腐蚀性能研究48-49
• 6.3 热-机械循环对Fe-Mn-Si系记忆合金耐腐蚀性能的影响49-52
• 6.4 高温下铸态Fe-Mn-Si系记忆合金耐腐蚀性能研究52-53
• 6.5 本章小结53-54
• 第7章 结论54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位论文期间发表的论文及科研成果59

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本文编号：280128