[发明专利]低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金及其处理方法

说明书

本发明公开了一种低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金及其处理方法，属形状记忆合金领域。本发明所述低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金的各元素的原子百分比含量为：Mn 27~41%，Al 13~17.5%，Ni 0.5~3.9%，Mo 0~6%，余为Fe和不可避免的杂质。处理所述低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金的方法为：（1）将所述低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金在1150℃至1300℃处理10分钟至10小时，随后水冷或油冷或空冷；（2）将步骤（1）处理后的合金在200℃至500℃处理10分钟至24小时。经上述处理后低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金的延伸率大于等于10%。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金领域，具体涉及一种低镍型FeMnAlNi基形状记忆合金及其处理方法。所述合金的Ni含量低于传统的FeMnAlNi基形状记忆合金，且其纳米β相的析出速度可控以及不存在纳米β相室温时效析出现象。

背景技术

形状记忆合金（Shape memory alloys，SMAs）因其形状记忆效应（Shape memoryeffect，SME）和超弹性（Super-elasticity，SE）在航空航天、生物医学、机械、化工等领域都有着广阔的应用前景。目前，包括Ni-Ti基、Cu基、Fe基、Ni基、Co基、Ti基和Mg基合金等在内的多种形状记忆合金体系相继被发现。Ni-Ti基合金因拥有优异的形状记忆性能和生物相容性，是目前应用最广泛的记忆合金。然而，该类合金存在加工性能差，成本昂贵的问题。与Ni-Ti基合金相比，Fe基形状记忆合金最大的优势在于材料成本低，加工相对容易，非常适合大规模工业应用。其中，最有应用前景的是FeMnSi基、FeNiCoAl基和FeMnAlNi基合金。多晶FeMnSi基合金因形状记忆效应的可恢复应变大于7%，但由于其马氏体相变为非热弹性，因此超弹性性能差（＜1%）。FeNiCoAl基和FeMnAlNi基合金则因析出了与母相共格的纳米第二相将马氏体相变从非热弹性诱发为热弹性，从而在多晶合金中获得了大于5%的超弹性。值得注意的是，FeMnAlNi基合金可以在﹣263℃至240℃的超宽温度范围内呈现超弹性，且在目前所有形状记忆合金体系中马氏体转变临界应力对温度依赖最小，仅为0.30~0.74MPa/℃（NiTi合金约为5.7MPa/℃，FeNiCoAlTaB约为3.1MPa/℃）。所以，FeMnAlNi基形状记忆合金拥有非常广阔的应用前景。

2011年，日本东北大学Ishida等首次报道了通过时效析出与α母相共格的纳米β相（B2结构）将α ⇌ γ′马氏体相变从非热弹性诱发为热弹性，进而在多晶Fe-34Mn-15Al-7.5Ni（数字代表原子百分比，下同）合金中获得了大于5%的超弹性（Science, 2011, 333:68–71）。同年，他们的专利就公开了拥有形状记忆效应和超弹性的FeMnAlNi基形状记忆合金（专利号：US8815027B2），该类合金的各元素的原子百分比含量为：Mn 25~42%，Al 12~18%，Ni 5~12%，余为Fe和不可避免的杂质；Mn 25~42%，Al 12~18%，Ni 5~12%，Si 0.1~5%，Ti0.1~5%，V 0.1~5%，Cr 0.1~5%，Co 0.1~5%，Cu 0.1~5%，Mo 0.1~5%，W 0.1~5%，B 0.001~1%，C0.001~1%，其中Si、Ti、V、Cr、Co、Cu、Mo、W、B和C元素的原子百分比含量之和小于等于15%，余为Fe和不可避免的杂质。