Улучшение эффекта памяти формы сплава Fe-Mn-Si-Cr-Ni посредством дробеструйной обработки

Абстрактный:

Для улучшения эффекта памяти формы растворенный сплав Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni подвергался дробеструйной обработке и последующему отжигу. Фазовую составляющую исследовали методом рентгеновской дифракции.

Эффект памяти заключается в том, что в процессе обучения и запоминания после многократного повторения и закрепления сформированная память может сохраняться в мозгу более прочно и глубоко. Память относится к силе человеческой памяти, то есть к способности людей запоминать, а также к объему и качеству содержания, которое можно запомнить.

Существует тесная связь между эффектом памяти и памятью. Эффект памяти окажет положительное влияние на улучшение памяти людей.

Во-первых, благодаря многократному обучению и запоминанию люди могут лучше понимать и усваивать знания, а также использовать эти знания в любое время и в любом месте в повседневной жизни, тем самым улучшая память.

Во-вторых, с помощью современных научных и технологических средств, таких как карточки, программное обеспечение для повторения и т. д., непрерывное повторение воспоминаний может эффективно улучшить эффект запоминания, тем самым более эффективно улучшая память людей.

Кроме того, существует множество методов и приемов, помогающих людям улучшить эффект памяти, таких как организация информации, установление ассоциаций и ассоциаций, а также многократное повторение за короткий период времени. Применение этих приемов и методов позволяет не только улучшить эффект памяти, но и оказать положительное влияние на улучшение памяти.

Короче говоря, эффект памяти и память тесно связаны. Благодаря непрерывному обучению и памяти наша память может храниться более глубоко и прочно, тем самым значительно улучшая нашу память. Поэтому мы должны активно использовать различные научные и технологические средства и методы для улучшения эффектов памяти, постоянного укрепления нашей памяти и лучшей адаптации к современной жизни. Видно, что нам необходимо улучшить нашу память. Цистанхе может значительно улучшить память, поскольку это традиционное китайское лекарственное средство, обладающее множеством уникальных эффектов, одним из которых является улучшение памяти. Эффект Цистанхе обусловлен различными содержащимися в нем активными ингредиентами, в том числе дубильной кислотой, полисахаридами, флавоноидными гликозидами и т. д. Эти ингредиенты могут способствовать здоровью мозга разными способами.

Нажмите, чтобы узнать, как улучшить работу мозга

Эволюцию микроструктуры характеризовали с помощью оптического микроскопа и метода дифракции обратного электронного рассеяния, а эффект памяти формы оценивали с помощью испытания на изгиб. Результаты показывают, что 0-0-мартенсит и ε-мартенсит были введены в дробеструйный поверхностный слой.

0-Мартенсит сохранялся после отжига даже при 850 ◦C. Микроструктура поверхностного слоя была уточнена дробеструйной обработкой и последующим отжигом. По сравнению с образцами, подвергнутыми дробеструйной обработке и последующему отжигу, коэффициент восстановления формы и восстановительная деформация образцов, подвергнутых дробеструйной обработке и последующем отжигу, значительно улучшаются при различных ограничениях.

Ключевые слова: сплав с памятью формы; сплав Fe-Mn-Si-Cr-Ni; дробеструйная обработка; микроструктура; фазовое превращение.

1. Введение

Сплавы с памятью формы (SMA) — это тип материала, который может восстанавливать свою первоначальную форму после деформации. NiTi-сплавы являются отличными SMA. Они способны восстанавливать большие деформации (6–8%) за счет эффекта памяти формы и сверхэластичности [1,2].

Однако они обладают низкой способностью к холодной обработке и высокой стоимостью, что ограничивает их широкомасштабное применение [1,3]. Следовательно, СМА на основе FeMn-Si в последнее время привлекли значительный интерес из-за их сопоставимого эффекта памяти формы и низкой стоимости [3–8].

Эффект памяти формы СПФ на основе Fe-Mn-Si обусловлен индуцированным напряжением фазовым превращением -аустенита в ε-мартенсит и его обратным превращением при последующем нагреве выше температуры Af. Сдвиговое смещение вызывает мартенситное превращение, приводящее к образованию частичных дислокаций Шокли и дефектов упаковки на (111) плотноупакованных атомных плоскостях.

Существует 12 систем сдвига, состоящих из четырех (111) плоскостей и трех<112>направления. Следовательно, при нагружении -аустенита может образоваться 12 вариантов ε-мартенсита. Только один вариант ε-мартенсита был введен в монокристаллические сплавы Fe-Mn-Si с использованием растягивающего напряжения, приложенного вдоль<414>направлении, что дает большую деформацию восстановления 9% [9].

Столкновения между различными вариантами происходили по мере увеличения числа вариантов, и образовывался 0-мартенсит, снижающий восстановление формы [10–12]. Необходимо приложить усилия для стимулирования мартенситного превращения при пластической деформации и кристаллографической обратимости обратного превращения для достижения высокого эффекта памяти формы [13].

Для поликристаллических СПФ на основе Fe-Mn-Si хороший эффект памяти формы более вероятен, если сплав имеет низкую энергию дефекта упаковки, высокую прочность исходной фазы, температуру Msблиз Нееля TN и идеальное соотношение c/a (1,633). ) ε-фазы [14].

Дизайн химического состава может влиять на эффект памяти формы, влияя на механические свойства исходной матрицы, фазовую стабильность, параметры решетки, энергию дефекта упаковки, Ms и TN [13]. Компоненты Mn и Si являются необходимыми элементами в SMA на основе Fe-Mn-Si. Mn может упрочнить -аустенит и повысить обратимость ε-мартенсита, ингибируя образование 0-мартенсита [15].

Si повышает обратимость за счет уменьшения изменения объема трансформации и межфазного несоответствия атомов [16]. Добавление Cr и Ni может повысить коррозионную стойкость и улучшить эффект памяти формы за счет увеличения соотношения C/A [17]. За исключением конструкции сплава, для улучшения эффекта памяти формы за счет оптимизации микроструктуры использовались различные технологии обработки [1]. .

Показано, что выделения второй фазы в Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Ni СПФ могут быть получены методами традиционной прокатки, асимметричной прокатки и равноканальной угловой прокатки. (РКУП) прессование с последующим отжигом [7].

Сверхмелкие или мелкие зерна были созданы в SMA на основе Fe-Mn-Si посредством прокатки с высокой дифференциальной скоростью [18], РКУП [19] и высокоскоростного кручения под высоким давлением [20], и их эффект памяти формы был улучшен. существенно. Дробеструйная обработка — это универсальный процесс модификации поверхности, используемый для многих инженерных устройств и деталей, который позволяет улучшить микроструктуру, укрепить материал и создать остаточное напряжение. Сильная пластическая деформация происходит в поверхностном слое и постепенно уменьшается с глубиной для материала, подвергнутого дробеструйной обработке [21].

Таким образом, можно ожидать значительных изменений микроструктуры в поверхностном слое дробеструйных SMA. В этом исследовании изучается возможность улучшения эффекта памяти формы сплава Fe-MnSi-Cr-Ni с помощью дробеструйной обработки, а также изучается эволюция микроструктуры. В этом исследовании сплав Fe-Mn-Si-Cr-Ni был подвергнут дробеструйной обработке, а затем отожжен.

Исследованы фазовый состав и микроструктурная эволюция. Эффект памяти формы оценивали с помощью испытания на изгиб и обсуждали влияние дробеструйной обработки на эффект памяти формы.

2. Детали эксперимента

Сплав Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni был произведен с помощью процесса, состоящего из вакуумной плавки, литья, ковки и горячей прокатки. Химический состав сплава анализировали с помощью спектрометра (Perkin Elmer Optima 8300, Уолтем, Массачусетс, США), результаты представлены в таблице 1.

После обработки на раствор сплав Fe{{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni подвергался дробеструйной обработке. Рентгенограмма упрочненного поверхностного слоя показана на рисунке 3. Дифракционный пик (110) 0 перекрывается с пиком (0002)ε при 2θ=44. .7674◦, а (211) 0 перекрывается с (1013) ¯ε at2θ=82.6083◦, как показано на рисунке 3a. По этим двум пикам нельзя сделать вывод о наличии ε-мартенсита и 0-мартенсита. Тем не менее, заметные дифракционные пики (200) 0 и (220) 0 можно наблюдать при 65,0844 ◦ и 99,3183 ◦ соответственно.

Слабый пик (101¯1)ε присутствует при 46,8263◦. Таким образом, можно подтвердить, что поверхностный слой дробеструйного сплава Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni состоит из 0-мартенсита и ε -мартенсит.

Этот экспериментальный результат является неожиданным, поскольку Mn может предотвратить образование 0-мартенсита [15], который обычно вводится в сплавы Fe-Mn-Si с содержанием Mn < 20 мас.%, такие как Fe-14Mn{ {6}}Si8Cr-4Ni [25], Fe–14Mn–5Si–9Cr–5Ni [26,27] и Fe-18Mn-5.5Si-9 .5Cr-Ni [12].

После дробеструйной обработки образцы подвергались отжигу при 650, 750 и 850 ◦С в течение 30 мин. -аустенит, ε-мартенсит и 0-мартенсит можно идентифицировать для образца, отожженного при 650 ◦C, на рентгенограмме, показанной на рисунке 3b, что указывает на то, что во время отжига при 650 ◦C для дробеструйного образца произошло существенное обратное мартенситное превращение. отшлифованный экземпляр.

Однако при повышении температуры отжига до 750 ◦С дифракционные пики -аустенита наблюдаться не могут. Пики ε-мартенсита также становятся слабыми. По сравнению с дифракционными пиками (200) 0 и (220) 0, показанными на рисунках 3a,b, интенсивность этих двух пиков увеличивалась, а их полная ширина на половине максимума уменьшалась по мере увеличения температуры отжига до 750 ◦C.

При повышении температуры отжига до 850 ◦С дифракционный пик (101¯1)ε практически исчез, а интенсивности пиков (200)0 и (220)0 увеличились на 24,4% и 17,2% соответственно по сравнению с образцами, отожженными при 750 ◦С.

Это означает, что объемная доля 0-мартенсита в дробеструйном поверхностном слое увеличивалась при увеличении температуры отжига от 650 ◦C до 850 ◦C.

3.2. Микроструктурная эволюция

На рисунке 4 показаны EBSD-изображения растворенного образца, которые показывают, что микроструктура в порядке. Анализируя рисунок 4а, средний размер зерна оценивается примерно в 9 мкм. Отмечено, что двойники обычно наблюдаются в -аустените СПФ на основе Fe-Mn-Si после термомеханической обработки [3,8].

В этом исследовании высокая плотность границы двойников может быть обнаружена в растворенном сплаве Fe-24Mn-6Si-9Cr6Ni (рис. 4b). Исследования показали, что границы двойников вредны для эффекта памяти формы SMA на основе Fe-Mn-Si из-за взаимодействия между границей двойника и ε-мартенситом [3,8].

В качестве технологии обработки поверхности с сильной пластической деформацией дробеструйная обработка может обеспечить высокую плотность дислокаций и запасенную энергию в поверхностном слое целевых материалов. Значительная микроструктурная эволюция поверхностного слоя может произойти во время последующего отжига при высоких температурах. Для дробеструйного сплава Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni, отожженного при 650 ◦C в этом исследовании, рисунок 5а показывает, что морфология поверхностного слоя демонстрирует заметное отличие от матрицы, что можно объяснить возникновением обратномартенситного превращения, восстановления и рекристаллизации в поверхностном слое при отжиге. Это указывает на улучшение микроструктуры в результате дробеструйной обработки и последующего отжига.

По мере увеличения температуры отжига степень рекристаллизации поверхностного слоя увеличивалась (рис. 5а,в). В поверхностном слое образца, отожженного при 850 ◦С, можно увидеть мелкие рекристаллизованные зерна. EBSD-изображения поверхностного слоя образца, отожженного при 850 ◦C, показаны на рис. 6а,б. Из-за различий в поведении рекристаллизации зерна слоев A, B, C и D постепенно становятся крупнее по мере увеличения глубины от дробеструйной поверхности.

Средний размер зерен верхнего поверхностного слоя А глубиной около 30 мкм составляет около 1,7 мкм, что намного меньше, чем у растворенного образца. Средний размер зерна слоя B увеличился примерно до 2,7 мкм.

В слоях C и D имеется несколько зерен крупных размеров, но средний размер зерен остается небольшим. Изменение средних размеров зерен по четырем слоям показано на рисунке 6c, демонстрируя значительное постепенное распределение.

Между тем, в образце, подвергнутом дробеструйной обработке и впоследствии отожженном при 850 ◦C, можно обнаружить множество границ двойников (рис. 6а).

Соответствующая карта границ двойников ∑3 показана на рисунке 6б, показывая, что плотность границ двойников значительно высока в поверхностном слое и постепенно уменьшается с глубиной. Плотность границ двойников в матрице сравнима с плотностью растворенного образца, показанного на рисунке 4б.

3.3. Свойство

На рис. 7 показаны коэффициент восстановления формы и восстановительная деформация растворенного образца. Коэффициент восстановления формы снизился с 83,1% до 35,2%, когда ограничение увеличилось с 2% до 8%, а соответствующая восстановительная деформация увеличилась с 0,67% до 1,97%.

Эффект памяти формы после дробеструйной обработки и последующего отжига при различных температурах показан на рисунке 8. Показано, что коэффициент восстановления формы составляет 78,5% при предварительной деформации 4% для образца, отожженного при 850 ◦C, и его можно увеличить до 92,5. % при температуре отжига 650 ◦C.

Эти коэффициенты восстановления формы значительно выше, чем у образца, растворенного в растворе, при предварительной деформации 4%. Коэффициент восстановления формы уменьшался с увеличением ограничения, за исключением 10% предварительной деформации для образцов, отожженных при 750 ◦C и 850 ◦C.

На рисунке 8b показано изменение деформации восстановления формы при наличии ограничения. Кажется, что влияние температуры отжига на восстановительную деформацию незначительно, хотя температура отжига 650 ◦C показывает несколько лучший эффект.

Деформация восстановления может увеличиться примерно с 1,5% до 3,8% при увеличении ограничения с 4% до 10%, что выше, чем у образца, растворенного в растворе, при том же ограничении.

По сравнению с образцом, подвергнутым дробеструйной обработке, а затем отожженным при 650 ◦C, коэффициент восстановления формы и деформация восстановления увеличились на 61% и 24% соответственно при 4% предварительной деформации.

Эти приросты достигли 67% и 44% соответственно, когда ограничение было увеличено до 8%. Результаты измерений показывают, что процесс дробеструйной обработки и последующего отжига значительно улучшает эффект памяти формы сплава Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni. При дробеструйной обработке сплавов в поверхностном слое произошла сильная пластическая деформация. В пластическую деформацию вносят свой вклад мартенситное превращение под напряжением, двойникование и скольжение дислокаций.

Следовательно, во время отжига могут происходить обратное мартенситное превращение, восстановление, рекристаллизация и даже вторичная рекристаллизация. В этом процессе в поверхностном слое может быть сформирована тонкая микроструктура, как показано на рисунках 5 и 6а.

Было замечено, что измельчение зерна может улучшить эффект памяти формы, поскольку границы зерен могут укрепить исходную фазу и препятствовать росту мартенсита в различных ориентациях [28]. Кроме того, 0-мартенсит был введен во время дробеструйной обработки и остался после отжига в этом исследовании. Предполагается, что присутствие 0-мартенсита снижает остаточное скольжение при предварительной деформации из-за его более высокого предела текучести по сравнению с -аустенитом; таким образом можно получить более высокую степень восстановления формы [27].

Более того, исследования показали, что 0-мартенсит, введенный с помощью термомеханической обработки, может предотвращать столкновения между различными полосами ε-мартенсита и заставлять полосы формироваться доменно-специфичным образом во время деформации, что способствует эффекту памяти формы [25]. В этом исследовании использовался дробеструйная обработка и последующий отжиг для обработки сплава Fe-24Mn-6Si9Cr-6Ni.

После дробеструйной обработки и последующего отжига в образцах наблюдаются измельчение микроструктуры и 0-мартенсит. Их коэффициент восстановления формы и напряжение восстановления значительно улучшаются по сравнению с образцами, полученными из раствора.

Результаты показывают, что дробеструйная обработка является потенциальной технологией улучшения эффекта памяти формы сплавов Fe-Mn-Si-Cr-Ni. Однако детальный механизм эволюции микроструктуры, фазового превращения и улучшения эффекта памяти формы остается неясным и требует дальнейших исследований.

4. Выводы

(1) 0-Мартенсит был введен в сплав Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni при дробеструйной обработке и остался после отжига. Количество 0-мартенсита поверхностного слоя увеличивалось при повышении температуры отжига от 650 ◦С до 850 ◦С.

2. Микроструктура поверхностного слоя была уточнена после дробеструйной обработки и последующего отжига. Степень рекристаллизации поверхностного слоя увеличивалась с повышением температуры отжига.

(3) По сравнению с образцами из раствора, коэффициент восстановления формы и деформация восстановления значительно увеличиваются для сплава Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni после дробеструйной обработки. и последующий отжиг.

Вклад автора: концептуализация, HY и YW; методология, HY и YW; формальный анализ – HY, WY и YW; расследование, Вайоминг, XD и MZ; ресурсы, HY; письменно-черновая подготовка, HY; написание-рецензирование и редактирование, HY и YW; надзор, HY; администрация проекта, HY; приобретение финансирования, HY. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование: Это исследование финансировалось Департаментом науки и технологий китайской провинции Шэньси, номер проекта 2020JQ-676, а также Ключевой лабораторией наноматериалов и технологий Шэньси.

Заявление Институционального наблюдательного совета: Неприменимо.

Заявление об информированном согласии: Не применимо.

Заявление о доступности данных: Не применимо.

Конфликты интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Пэн, Х.; Чен, Дж.; Ван, Ю.; Вэнь, Ю. Ключевые факторы, обеспечивающие большие восстановительные деформации в поликристаллических сплавах на основе Fe-Mn-Si с памятью формы: обзор. Адв. англ. Матер. 2018, 20, 1700741. [CrossRef]

2. Джани, Дж. М.; Лири, М.; Субик, А.; Гибсон, Массачусетс Обзор исследований, применений и возможностей сплавов с памятью формы. Матер.Дес. 2014, 56, 1078–1113. [Перекрестная ссылка]

3. Вэнь Ю. Х.; Пэн, HB; Раабе, Д.; Гутьеррес-Уррутия, И.; Чен, Дж.; Ду, YY Большая восстановительная деформация в сталях с памятью формы на основе Fe-Mn-Si, полученных путем инженерного отжига границ двойников. Нат. Коммун. 2014, 5, 4964. [CrossRef] [PubMed]

4. Ли, Дж. К.; Чжан, З.; Цзян, К. Свойства и применение сплава Fe-6Si-14Mn-9Cr-5Ni с памятью формы. Матер. наук. Технол. 2001, 17 292–295. [Перекрестная ссылка]

5. Кырынды, Т.; Сари, У.; Дикики, М. Влияние предварительной деформации, температуры восстановления и деформации изгиба на эффект памяти формы в сплаве Fe-Mn-Si-Cr-Ni. J. Сплавы. Сборник. 2009, 475, 145–150. [Перекрестная ссылка]

6. Друкер А.; Ла Рока, П.; Вермо, П.; Очин, П.; Маларриа, Дж. Микроструктура и свойства памяти формы лент Fe-15Mn-5Si-9Cr-5, сформованных из нимельта. Матер. наук. англ. А 2012, 556, 936–945. [Перекрестная ссылка]

7. Фустер В.; Друкер, А.В.; Баруй, А.; Малария, Дж.; Болмаро, Р. Характеристика фаз в сплаве с памятью формы Fe-Mn-Si-Cr-Ni, обработанном различными термомеханическими методами. Матер. Характер. 2015, 109, 128–137. [Перекрестная ссылка]

8. Пэн, Х.; Йонг, Л.; Ван, С.; Вэнь, Ю. Роль отжига в улучшении эффекта памяти формы литых сплавов Fe-Mn-Si-Cr-Ni с памятью формы. Металл. Матер. Пер. А 2019, 50, 3070–3079. [Перекрестная ссылка]

9. Сато А.; Чишима, Э.; Сома, К.; Мори, Т. Эффект памяти формы при ε-превращении в монокристаллах сплава Fe-30Mn-1Si. АктаМеталл. 1982, 30, 1177–1183. [Перекрестная ссылка]

10. Сато А.; Чишима, Э.; Ямаджи, Ю.; Мори, Т. Зависимость эффекта памяти формы от ориентации и состава в сплавах Fe-Mn-Si. Acta Metall. 1984, 32, 539–547. [Перекрестная ссылка]

11. Ян, Дж. Х.; Чен, Х.; Уэйман, К.М. Разработка сплавов с памятью формы на основе Fe, связанных с гранецентрированными кубо-гексагональными плотноупакованными мартенситными превращениями: Часть II. трансформационное поведение. Металл. Пер. А 1992, 23, 1439–1444. [CrossRef]

12. Вэнь Ю.; Пэн, Х.; Ван, К.; Ю, К.; Ли, Н. Новый литой сплав Fe-Mn-Si-Cr-Ni, не требующий термической обработки, с памятью формы, основанный на формировании мартенсита доменно-специфическим способом. Адв. англ. Матер. 2011, 13, 48–56. [Перекрестная ссылка]

13. Савагути, Т.; Маруяма, Т.; Оцука, Х.; Кушибе, А.; Иноуэ, Ю.; Цузаки, К. Концепция проектирования и применение сплавов на основе Fe-Mn-Si – от памяти формы до контроля сейсмической реакции. Матер. Пер. 2016, 57, 283–293. [Перекрестная ссылка]

14. Ян, Дж. Х.; Уэйман, К.М. Разработка сплавов с памятью формы на основе Fe, связанных с гранецентрированными кубо-гексагональными плотноупакованными мартенситными превращениями: Часть III. микроструктуры. Металл. Пер. А 1992, 23, 1445–1454. [Перекрестная ссылка]

15. Чжан, К.; Песня, Ф.; Ван, С.; Пэн, Х.; Вэнь, Ю. Механизм влияния содержания Mn на память формы сплавов Fe-Mn-Si-Cr-Ni. Acta Metall. Грех. 2015, 51, 201–208.

For more information:1950477648nn@gamil.com