PDF《在不同热机械循环条件下γ → ε马氏体》

第3卷第2期1997 年6月功能材料与器件学报 JOURNAL OF FUNCTIONAL MATERIALS AND DEVICES Vol13 , No1

2 June ,

1997 3 本工作得到国家自然科学基金资助

1996209206 收到

1996212219 收到修改稿 Fe2Mn2Si 形状记忆合金 在不同热机械循环条件下γ→ ε马氏体 相变的电子显微镜分析

3 徐彤3 钟志源

3 3 陈树川

3 徐祖耀3 (

3 上海交通大学材料科学系 上海 200030) (

3 3 香港城市大学物理及材料科学系 香港) 摘要 测定了 Fe23317 (wt ) %Mn25122 ( wt ) %Si 形状记忆合金在不同变量 和不同 回复温度的热机械循环(简称 训 练 ) 条件下的形状记忆效应(SME) .

通过电子显微分析观察到应力诱发马氏体均为薄片层组织 .在应变 量过大或回复不充分的训练过程中 , 位错的增殖会破坏这种片层组织并影响 晶体学的可逆性 , 同时使形状记忆效应恶化 . 关键词 形状记忆效应 , 位错 , 热机械循环 , Fe2Mn2Si 合金

80 年代初 Sato 等在 Fe230Mn21Si 的单晶中获得了完全的形状记忆效应 , 可回复 应变量达到

9 %[1 ] .随后 Murakami 等系统地研究了多晶的 Fe2 ( 28230) Mn2Si 系合 金,同样得到了完全的记忆效应 , 可回复应变为

4 %[2 ] , 而一般情况为

224 %[3 ] .以 后的 研究者又采用热机械循环的方法(简称 训 练 )来改善形状记忆效应(SME) [4 -

7 ] , 但仍不能超过

4 %的可回复应变 .本文作者研究了不同训练条件对形状 记忆效应的影响 , 同时配合电子显微分析 , 发现位错的不断增殖及交滑移破坏了晶体 学的可逆性 , 阻碍了可回复应变的进一步提高 .

1 实验方法 本实验中所研究合金的化学成分为 Fe23317 ( wt ) %Mn25122 ( wt ) %Si .该合金 采用工业纯铁 、电解锰 、高纯硅为原料 , 在氩气保护感应炉中熔炼后铸成铸锭 .铸锭 经11000 C 扩散退火 8hr 后剥皮 、锻造 ,

11000 C 热轧成板 .最后经

9500 C 退火 1hr 后 线切割成

1 *

5 * 70mm 的样品 . 试样的训练过程为室温拉伸和中温回复交替操作 .首先在靠近试样的两端刻划记 号,用工具显微镜测量两记号间距离 L0 , 然后在岛津 AG2100 KNA 型材料试验机上拉 伸,记录拉伸曲线并控制各次拉伸应变量恒定 , 在用工具显微镜测出拉伸后距离 L1 , 接着在恒温盐浴炉中回复 1min 测出回复后距离 L2 .如此每重复进行一次 , 样品即经 过一次训练 .其形状回复率 ( η) 为:η=(L1 - L2 ) / (L1 - L0 ) (1) 训练时所采用的回复温度为 :

2000 C ,

3000 C ,

4000 C ,

5000 C 和6000 C .恒应变量为 :

1 % ,

2 % ,

3 % ,

5 % ,

7 %和9%.电镜实验中选用了经应变量为

1 % ,

3 %和9%以及 回复温度为

2000 C 和6000 C 训练后的样品 . 电镜试样由经不同训练后的样品中切取 .经机械抛光 , 双喷减薄 , 离子减薄后制 成 肖克莱不全位错的扩展形成 , 每隔两层产生一片层错通过若 干重叠将构成ε ( h1c1p1) 相 .这些由层错提供的相变应变可以由不全位错的逆运动 得到回复 , 相变时由应力所产生的全位错交滑移则是永久性的 , 不能得到回复 , 造成 不完全的形状记忆效应 . Fig13 TEM photograph of specimen after

5 cycles training with

1 % strainand recovery at

6000 C 图31%应变及

6000 C 回复训练

5 次后样品的电 镜照片 Fig14 TEM photograph of specimen after

5 cycles training under

3 %strain and recovery temperature of