專利名稱：添加NbC的Fe－Mn－Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法。更詳細地說，本發(fā)明涉及不經(jīng)訓(xùn)練(トレ一ニング)也能顯示良好形狀記憶合金的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金更加提高形狀記憶特性的、添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法。
發(fā)明的實施方式本發(fā)明通過特定軋制率10～30％使形狀記憶特性顯著提高，本發(fā)明中使用的形狀記憶合金材料是使用以下的化學(xué)組成(重量％)的材料。<Fe-Mn-Si>Mn15～40Si3～15Nb0.1～1.5C 0.01～0.2Fe余量<Fe-Mn-Si-Cr>Mn5～40Si3～15Cr1～20Nb0.1～1.5C 0.01～0.2Fe余量<Fe-Mn-Si-Cr-Ni>Mn5～40Si3～15Cr1～20Ni0.1～20Nb0.1～1.5C 0.01～0.2Fe余量在上述的任一種合金中，都有必要使Nb和C的原子比Nb/C為1以上，優(yōu)選1.0～1.2。作為雜質(zhì)可以考慮Cu≤3Mo≤2Al≤10Co≤30N ≤5000(ppm)等。當(dāng)然，本發(fā)明的任何一種方法中都允許不可避免的雜質(zhì)的混入。
本發(fā)明的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法中，如前所述，添加Nb以及C的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金在オ一ステナイト狀態(tài)下500～800℃的溫度范圍進行10～30％的軋制加工后，在400～1000℃的溫度范圍進行1分～2小時加熱的時效處理。400～1000℃的溫度范圍進行1分～2小時加熱的時效處理，使NbC析出之前，對于溶制后的合金在オ一ステナイト狀態(tài)下600～800℃的溫度范圍進行10～30％的軋制加工(所謂的高溫加工)，得到在所有的變形量都提高了形狀恢復(fù)率。實用必要的變形量約為4％，但本發(fā)明在比這個數(shù)值還要大的變形量也顯示出十分良好的形狀恢復(fù)率，使作為實用合金使用成為可能。還有，與此相伴，形狀恢復(fù)力也增大。形狀恢復(fù)力是實用上一個重要的形狀記憶特征。
本發(fā)明的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法中，前述時效處理之前進行的軋制加工時的溫度范圍控制在500～800℃，是由于低于500℃的溫度時應(yīng)力導(dǎo)致馬氏體(martensite)產(chǎn)生，如果溫度超過800℃引起動的再結(jié)晶，于形狀記憶特征不利。
還有，從本發(fā)明的效果明確可知，通過使本發(fā)明的軋制加工率控制在10～30％，如

圖1以及圖2所示，與進行5次訓(xùn)練的合金具有同等程度的形狀恢復(fù)率和更大的形狀恢復(fù)力。
本發(fā)明的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法中，前述軋制加工后進行的時效處理的溫度范圍比原來的申請的溫度范圍設(shè)定的低，這是因為時效處理前的軋制加工導(dǎo)致母相歪斜的蓄積。
圖1是表示僅實施時效的情況(0％軋制)與在600℃以6％、14％、20％軋制后實施時效的情況的形狀恢復(fù)率不同的圖。時效都是在800℃進行10分鐘。為了比較，表示出不添加NbC的Fe-28Mn-6Si-5Cr系形狀記憶合金在退火原樣狀態(tài)下的資料與進行5次訓(xùn)練的試樣的結(jié)果。橫軸是在室溫由拉伸變形所致的變形量，縱軸的恢復(fù)率是試樣在600℃加熱情況下伸長的形狀恢復(fù)率。加熱到400℃的情況也得到與此幾乎相同的形狀恢復(fù)率。所用試樣片的形狀為厚0.6mm，寬1～4mm，長(ゲ一ジ長)15mm。從圖可知，14％、20％軋制后的試樣的形狀恢復(fù)率幾乎具有與進行5次訓(xùn)練的不添加NbC的的合金同樣程度。
從圖1看在先申請(特愿2001-296901)中例舉的實施例6％軋制的情況，在歪斜大的范圍時與經(jīng)訓(xùn)練的試樣相比稍差。認為實用時必要的變形量約4％。在這個變形中也顯示95％的形狀恢復(fù)率，很肯定地意味著6％的軋制作為實用合金都是可以使用的。要在不添加NbC的通常的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金得到與此同等的形狀恢復(fù)率，至少需要5次的訓(xùn)練。形狀恢復(fù)力是實用上一個重要的形狀記憶特性，圖2是表示比較14％，20％軋制后進行時效的試樣的形狀恢復(fù)力與僅進行時效的情況和6％軋制后進行時效的情況。橫軸的恢復(fù)歪斜表示試樣由于加熱至開始顯示恢復(fù)力時允許的歪斜。例如，可以用在管的接合部使用情況的允許的管和接合材料(形狀記憶合金)的間隙程度相對于直徑的比率(％)所表示的同樣解釋。恢復(fù)歪斜為0時的恢復(fù)力是指在室溫拉伸變形后的原樣狀態(tài)固定兩端，加熱至逆變態(tài)溫度以上(400℃)，再次降到室溫時的應(yīng)力，還有，恢復(fù)歪斜例如3％時的恢復(fù)力是指歪斜恢復(fù)3％后固定兩端測定產(chǎn)生的應(yīng)力。室溫時提供的初期歪斜為4％～6％。試樣片的形狀與得到圖1結(jié)果使用的一樣。從圖可知，與軋制率0％(僅進行時效的情況)、軋制率6％時相比，高軋制率(14％、20％)的情況時的形狀恢復(fù)力急劇增大。
需要特別說明的是，顯示出比進行訓(xùn)練的不添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金更大的恢復(fù)力。還有令人注目的是在恢復(fù)歪斜也顯示出很高的形狀恢復(fù)力。
如上所述，本發(fā)明與在先申請相比，通過限定軋制率為10～30％，可知形狀記憶特性得到顯著改良。
發(fā)明的效果如上詳細所述，通過本發(fā)明，不必像以往那樣實施所謂的訓(xùn)練的復(fù)雜熱加工處理，僅高溫軋制和隨后的時效熱處理，就可以容易、顯著地提高形狀記憶特性。與現(xiàn)有需要訓(xùn)練處理的合金不同，可以適用各種形狀的合金部件等。例如，作為接合材料(水管、煤氣管、石油傳輸管等)使用，不需要通過焊接的接合，可以避免焊接時產(chǎn)生的焊接部弱化、腐蝕的危險。
權(quán)利要求
1.添加Nb以及C的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，其特征在于，添加了Nb以及C的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金，在オ一ステナイト狀態(tài)下500～800℃的溫度范圍進行10～30％的軋制加工后，在400～1000℃的溫度范圍進行1分～2小時加熱的時效處理。
2.權(quán)利要求1記載的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，F(xiàn)e-Mn-Si系形狀記憶合金作為合金成分含有15～40重量％的Mn，3～15重量％的Si，0.1～1.5重量％的Nb，以及0.01～0.2重量％的C，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，Nb和C的原子比Nb/C為1以上。
3.權(quán)利要求1記載的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，F(xiàn)e-Mn-Si系形狀記憶合金作為合金成分含有5～40重量％的Mn，3～15重量％的Si，1～20重量％的Cr，0.1～1.5重量％的Nb，以及0.01～0.2重量％的C，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，Nb和C的原子比Nb/C為1以上。
4.權(quán)利要求1記載的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，F(xiàn)e-Mn-Si系形狀記憶合金作為合金成分含有5～40重量％的Mn，3～15重量％的Si，1～20重量％的Cr，0.1～20重量％的Ni，0.1～1.5重量％的Nb，以及0.01～0.2重量％的C，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，Nb和C的原子比Nb/C為1以上。
5.權(quán)利要求2～4中任一項記載的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，Nb和C的原子比Nb/C為1.0～2.0。
6.權(quán)利要求2～5中任一項記載的添加NbC的Fe-Mn-Si系形狀記憶合金的加工熱處理方法，F(xiàn)e-Mn-Si系形狀記憶合金的作為雜質(zhì)成分含有3重量％以下的Cu，2重量％以下的Mo，10重量％以下Al，30重量％以下的Co，或者5000ppm以下的N的至少一種或者以上的。
全文摘要
本發(fā)明提供不實施所謂的訓(xùn)練的特殊處理，顯示形狀記憶特性的添加NbC的Fe－Mn－Si系形狀記憶合金。添加了Nb以及C的Fe－Mn－Si系形狀記憶合金，在オ一ステナイト狀態(tài)下500～800℃的溫度范圍進行10～30％的軋制加工后，在400～1000℃的溫度范圍進行1分～2小時加熱的時效處理。
文檔編號C22C38/00GK1445372SQ03107408
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者菊池武丕児, 梶原節(jié)夫, A·巴陸耶, 小川一行, 新谷紀雄 申請人:獨立行政法人物質(zhì)材料研究機構(gòu)