由鐵基形狀記憶合金制造扁平材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種由鐵基形狀記憶合金制造扁平材的方法，其中在鑄造裝置中對(duì)至 少包含主要成分鐵、合金元素和不可避免的雜質(zhì)的烙體進(jìn)行鑄造，從而形成鑄帶，并在該過(guò) 程中進(jìn)行冷卻。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)，例如JP62 112 751A公開了通過(guò)薄帶連鑄法制造錐片或電線的可能 性。薄帶連鑄在鑄造裝置中觀察烙體鑄件，其中鑄造區(qū)或者鑄帶成形的保持區(qū)在至少一個(gè) 縱向側(cè)面W在鑄造操作過(guò)程中連續(xù)行進(jìn)且被冷卻的壁為邊界。
[0003] 運(yùn)種類型的近終成型連鑄法W及用于制造（例如）扁鋼產(chǎn)品的鑄造裝置的一個(gè)例 子為雙漉式鑄造裝置或"雙漉式連鑄機(jī)"。雙漉式連鑄機(jī)中，在鑄造操作時(shí)，彼此軸向平行定 位的兩個(gè)鑄造漉或滾軸沿相反方向旋轉(zhuǎn)，并且在它們最窄間距的區(qū)域中界定了鑄造間隙， 其限定了鑄造區(qū)。運(yùn)些鑄造漉在該過(guò)程中被大幅度冷卻，使得與其碰撞的烙體凝固從而形 成殼體。選擇鑄造漉的旋轉(zhuǎn)方向，使得烙體與由烙體在鑄造漉上形成的殼體一起被輸送至 鑄造間隙內(nèi)。在充足的條帶形成力的作用下，進(jìn)入鑄造間隙的殼體被壓縮而形成鑄帶，結(jié)果 產(chǎn)生了至少近乎完全的凝固。
[0004] 所謂的帶式連鑄機(jī)采用的原理是不同的。在運(yùn)種類型的鑄造裝置中，液態(tài)鋼通過(guò) 供給系統(tǒng)在循環(huán)鑄造帶上進(jìn)行鑄造，鋼在循環(huán)鑄造帶上凝固。選擇帶的運(yùn)行方向，從而使烙 體從供給系統(tǒng)傳輸。在下方鑄造帶的上方可設(shè)置另一個(gè)鑄造帶，其沿著與第一個(gè)鑄造帶相 反的方向循環(huán)。不論設(shè)置了一個(gè)還是兩個(gè)鑄造帶，在W上限定的方法的情況下，至少一個(gè)鑄 造帶界定了鑄帶所形成的區(qū)域。各個(gè)鑄造帶被高強(qiáng)度冷卻，從而使與相應(yīng)鑄造帶接觸的烙 體在其上凝固而形成條帶，該條帶可W被鑄造帶帶走。
[0005] 從各個(gè)鑄造裝置中形成的鑄帶被帶走和冷卻，并且能夠繼續(xù)行進(jìn)W進(jìn)一步加工。 該進(jìn)一步加工可包括熱處理和/或熱社。薄帶連鑄的優(yōu)勢(shì)在于，薄帶連鑄之后的工序能夠 W連續(xù)的、不間斷的順序運(yùn)行。
[0006] 由上述日本公開說(shuō)明書JP62 112 751A中可知，除了鐵W外，鐵基形狀記憶合 金特別地包含來(lái)自"Mn、Si"組中的元素，并且除了運(yùn)些元素之外，還可W包含額外量的化、 Ni、Co、Mo、C、A1、化和稀±元素。據(jù)說(shuō)能夠通過(guò)薄帶連鑄從具有運(yùn)種類型組成的合金制造 溫度穩(wěn)定且耐腐蝕的鑄造錐片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在此背景下，本發(fā)明的目的是提出由鐵基形狀記憶合金制造扁平材的經(jīng)濟(jì)有效的 方法，該鐵基形狀記憶合金在壓力和扭力下是抗彎和堅(jiān)固的。另外的目的是制造一種能夠 廉價(jià)且實(shí)用地制造的扁平材。所述扁平材包括鑄造和/或社制的條帶或片材，W及由該條 帶或片材獲得的板材、巧體等。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明方法的最初教導(dǎo)，在鑄造裝置中將烙體鑄造成條帶然后冷卻，從而保 證連續(xù)鑄造操作的可能性，條帶的厚度大于Imm且小于30mm，并且所述鑄造裝置的鑄造區(qū) 至少在其一個(gè)縱向側(cè)面處W在鑄造操作過(guò)程中沿鑄造方向移動(dòng)且被冷卻的壁為邊界。
[0009] 本發(fā)明經(jīng)鑄造和冷卻的條帶離開鑄造間隙時(shí)的條帶厚度，或者在鑄造帶上鑄造和 凝固時(shí)的條帶厚度處于大于Imm和30mm之間，更特別地處于1. 5mm和20mm之間，進(jìn)一步優(yōu) 選處于2mm和IOmm之間。
[0010] 通過(guò)本發(fā)明的方法，能夠在薄帶連鑄方向上將鐵基形狀記憶合金鑄造成扁平材。 除了優(yōu)選采用化-Mn-SU-化(-Ni))系統(tǒng)之外，還可W考慮其他的系統(tǒng)，例如，基于化-Ni、 化-Ni-Al、化-Ni-Co-Ti、化-Ni-C、化-Ni-Nb、化-Ni-Si、Fe-Mn-Cr、Fe-Mn-Ni、化-Mn-Ni-Al、 化-Mn-C、化-Mn-N、Fe-Cr-Si、化-Ga、化-Pd、化-Pt、化-Pd-Pt的系統(tǒng)。考慮到它們優(yōu)選地 用于配電目的，尤其是高溫范圍內(nèi)的應(yīng)用，需要提供符合特定要求的材料。取決于實(shí)用性， 采用最小厚度〉lmm的材料，從而能夠保證之后所需求的成分性質(zhì)，例如，抗皺性和/或抗彎 力下的活動(dòng)性。
[0011] 根據(jù)進(jìn)一步改進(jìn)的方法，所使用的鑄造裝置為雙漉式連鑄機(jī)或帶式連鑄機(jī)。顯而 易見的是，本發(fā)明的烙體能夠優(yōu)選地通過(guò)所述的薄帶連鑄裝置來(lái)制造。薄帶連鑄特別適用 于鐵基形狀記憶合金，因?yàn)橄鄬?duì)于常規(guī)的鑄造而言，更特別的是相對(duì)于連鑄而言，無(wú)需使用 鑄造粉末，因而能夠防止特別是高含量的高反應(yīng)性合金成分（例如，Mn、Si、化和/或Al) 存在時(shí)發(fā)生的鑄造問(wèn)題。特別是，例如，如果存在高合金含量的高度偏析元素（如Mn、Si、 化和/或Ni)時(shí)，薄帶連鑄更具有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)快速凝固能夠基本上抑制偏析。此外，鐵基 形狀記憶合金具有低的高溫延展性，因此僅在低厚度時(shí)才能在鑄造過(guò)程中進(jìn)行彎曲，并且/ 或者根據(jù)不同的鑄造裝置，在鑄造過(guò)程中的彎曲并不是必需的。另一個(gè)特征在于，鐵基形狀 記憶合金具有高的耐熱形成性，并且即使薄式鑄造仍然基本上是近終成型。該裝置能夠用 于具有形狀記憶性質(zhì)的扁平材的高能效制造。據(jù)觀察，在雙漉式連鑄機(jī)的情況下，軸向平行 的漉各自形成鑄造區(qū)的冷卻邊界，該邊界在鑄造操作過(guò)程中沿鑄造方向連續(xù)行進(jìn)，并且該 鑄造區(qū)用于形成條帶的至少兩個(gè)縱向側(cè)面。因此，由于鑄帶出口速度相對(duì)較高，單個(gè)鑄造裝 置能夠提供足夠高的性能。
[0012] 在帶式連鑄機(jī)的情況下，通過(guò)水平移動(dòng)鑄造帶而發(fā)揮作用，烙體在鑄造帶上進(jìn)行 鑄造W產(chǎn)生條帶。使用該帶式鑄造裝置的優(yōu)勢(shì)在于，能夠隨后立即進(jìn)行諸如熱社等其他方 法步驟，特別是社制力低時(shí)（運(yùn)是因?yàn)榈偷蔫T造厚度，并且由于所討論的鑄造裝置的緊湊 性）對(duì)材料所需的工況參數(shù)尤其是溫度而言，是特別占優(yōu)勢(shì)的。由于在帶式連鑄機(jī)中，烙體 是水平鑄造和冷卻的，凝固的條帶不經(jīng)受彎曲，因而，條帶自身所存在的應(yīng)力很小，從而特 別地最小化了在所制造的扁平材的高溫區(qū)中產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
[0013] 另外，根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)改進(jìn)方案，如果烙體通過(guò)與移動(dòng)壁或鑄造帶接觸 從而W(特別是）至少20k/s、優(yōu)選是50k/s、更優(yōu)選是至少lOOk/s的冷卻速度進(jìn)行冷卻，貝U 是有利的。高速凝固使得對(duì)材料性質(zhì)造成不利影響的偏析過(guò)程得W減少。選擇冷卻速度， 使得在鑄造操作結(jié)束時(shí)，制得凝固的扁平材，例如，由形狀記憶合金構(gòu)成的鐵基條帶。
[0014] 如果在使用雙漉式連鑄機(jī)的鑄造過(guò)程中，設(shè)置與合金相關(guān)的漉壓力（由所謂的社 制分離力巧S巧或條帶形成力（SF巧表示），能夠W高度的操作可靠性保證條帶從鑄造區(qū)成 形后基本完全的凝固。具體的漉壓力可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)確定，并且保證可靠的薄帶連鑄操作。
[0015] 如果條帶在熱社之前通過(guò)加熱裝置，能夠再次補(bǔ)償條帶在鑄造裝置形成時(shí)發(fā)生的 熱損失，并且能夠W可靠的操作方式實(shí)現(xiàn)特定的熱社溫度。
[0016] 實(shí)踐中，鑄帶從鑄造間隙形成時(shí)的條帶速度通常在0. 06至3.Om/s的范圍內(nèi)。
[0017] 通過(guò)將從鑄造區(qū)形成的鑄帶連續(xù)供給至至少一個(gè)漉社臺(tái)，能夠提供特別經(jīng)濟(jì)有效 的制造方法。因此，鑄造裝置可W直接向至少一個(gè)漉社臺(tái)供給鑄帶用于社制，而不需要在鑄 造和社制之間對(duì)鑄帶進(jìn)行任何處理?；蛘?，如果需要的話，鑄帶也可W適當(dāng)進(jìn)行冷卻和再次 加熱，然后進(jìn)行社制。最后，任選地對(duì)熱的條帶進(jìn)行冷社，冷社至少進(jìn)行一道次的社制。
[0018] 為了抵消隨后制造加工步驟過(guò)程中的脆化，根據(jù)本發(fā)明可在熱社和/或冷社狀態(tài) 下，在高于形變溫度（switchingtemperature)的溫度下進(jìn)行20秒至48小時(shí)時(shí)間段內(nèi)的 退火處理。
[0019] 能夠操作可靠地使從鑄造裝置的鑄造間隙中形成的條帶，或者任選地在鑄造帶上 凝固、W及隨后任選地進(jìn)行額外熱社、加熱、最后加熱至各合金的馬氏體轉(zhuǎn)變終止（Mp)溫度 的冷社帶生成具有形狀記憶效果的鐵基扁平材。按此方式制得的扁平材通過(guò)對(duì)該扁平材施 加相應(yīng)的負(fù)載能夠提供壓印的元件設(shè)計(jì)，在運(yùn)種情況下，在加載過(guò)程中，溫度升高至至少奧 氏體轉(zhuǎn)變終止溫度（Ap)，并且負(fù)載和〉A(chǔ)p的溫度在該扁平材上至少作用20秒。因此，在本 發(fā)明的扁平材中，為所需的元件設(shè)計(jì)設(shè)定了形狀記憶效果。
[0020] 在條帶鑄造后，可對(duì)鑄帶進(jìn)行熱社，運(yùn)種情況下，初始熱社溫度應(yīng)當(dāng)介于500°C和 -50°C之間。作為在依次進(jìn)