Сплав на основе железа с эффектом памяти формы

 

Изобретение относится к области металлургии , в частности к сплавам на основе железа с эффектом памяти формы. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации 30%. Сплав состоит из хрома 0,5-5,0 мае. %, кремния 2,5-7,6 мас.%, марганца 1,4-14,8 мас.%, по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, включающей 19- 18,2 мас.% никеля, 1,3-27,9 мас.% кобальта, 0,5-2,7 мас.% меди и 0,002-0,381 мас.% азота , где Ni + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 N 0,67 (Сг + 1,2 Si), остальное железо и случайные примеси. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sa)s С 22 С 38/02, 38/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г :1 Аi a °

° 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4613799/02 (22) 05.04.89 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (31) 63-83495 (32) 05,04,88 (33) JP (71) НКК Корпорейшн (JP) (72) Ютака Мория, Тецуя Санпей и Хисатоси

Тагава (J Р) (56) Заявка Японии М 61-201761. кл. С 22 С 38/02. (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ (57) Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе железа с эффектом памяти формы.

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации 30%.

Предложен сплав на железной основе с эффектом запоминания формы, состоящий, из мас.%: 0,5 — 5,0 хрома, 2,5 — 7,6 кремния, 1,4 — 14,8 марганца и по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, включающей в себя 1,9 — 18,2 мас.%никеля,,1,3 — 27,9 мас.% кобальта, 0,5 — 2,7 мас.% меди и

0,002 — 0,381 мас.% азота, где Ni + 0,5 Мп +

0,4 Со+ 0,06 Cu+ 0,002 N 0,67 (Сг+ 1,2 Si), железо и случайные примеси, Были проведены обширные исследования для получения сплава на железной ос.... Ж „„1826994 А3 железа с эффектом памяти формы. Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации 30%, Сплавсостоитизхрома 0,5 — 5,0мас.%, кремния 2,5 — 7,6 мас.%, марганца 1,4 — 14,8 мас.%, по меньшей мере одного элемента, выбранного из группы, включающей 19—

18,2 мас.% никеля, 1,3 — 27,9 мас.% кобальта, 0,5 — 2,7 мас.% меди и 0,002 — 0,381 мас.% азота, где Ni+ 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Cu + 0,002

N > 0,67 (Cr + 1,2 Si), остальное железо и случайные примеси. 2 табл. нове типа пср„способного восстанавливать форму. В результате было обнаружено следующее:

1. Хром выполняет функцию снижения энергии дефектов упаковки аустенита и улучшает коррозионную стойкость сплава.

Кроме того, хром имеет другую функцию, а именно повышение предела текучести аустенита, Однако при содержании хрома ниже

0,5 мас.% требуемый эффект не может достигаться. С другой стороны, содержание хрома свыше 5,0 мас.% не допускается по следующим причинам; поскольку хром является элементом, образующим феррит, то повышенное содержание хрома препятствует образованию аустенита, Поэтому для образования аустенита в сплав согласно изобретению добавляют по меньшей мере один

СО ЬЭ

©

О

С ф

1 () 1826994 элемент: марганец, никель, кобальт, медь и азот, которые являются аустенитобразующими элементами. Для повышенного содержания хрома упомянутые аустенитобразующие элементы необходимо также добавлять в большом количестве.

Однако добавка аустенитобразующих элементов в большом количестве неэкономична. По этим причинам при содержании хрома свыше 5,0 мас. необходимость высокого содержания аустенитобразующих элементов приводит к экономическим потерям. Поэтому содержание хрома должно быть ограничено в пределах 0,5 — 5,0 мас.ф.

2, Кремний уменьшает энергию дефектов упаковки аустенита. Также кремний увеличивает предел текучести аустенита.

Однако при содержании кремния ниже 2,5 мас, требуемый эффект, как было указано, не может достигаться, С другой стороны, при содержании кремния свыше 7,6 мас, пластичность сплава серьезно ухудшается и значительно ухудшается способность обработки в горячем и холодном состоянии. Поэтому содержание кремния должно быть ограничено интервалом от 2,5 до 7,6 мас, .

3. Марганец является сильным аустенитобразующим элементом и делает маточную фазу сплава до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества емартенсита. Однако при содержании марганца ниже 1,4 мас. требуемый эффект не достигается, С другой стороны, при > 14,8 мас.% марганца ухудшает коррозионную стойкость и легко образуется.д -фаза. Поэтому содержание марганца должно быть ограничено 1,4 — 14,8 мас. .

4. Никель является аустенитобразующим элементом. При содержании никеля ниже 1,9 мас. требуемый эффект не может быть достигнут. С другой сторон ы, и ри содержании никеля свыше 18,2 мас. точка превращения я -мартенсита (" точка MS") будет смещаться, главным образом, в сторону низкотемпературной зоны и температура, при которой прилагается пластическая деформация к сплаву, становится очень низкой. Поэтому содержание никеля должно быть ограничено пределом 1,9 — 18,2 мас, .

5. Кобальт представляет аустенитобразующий элемент и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества я -мартенсита. Кроме того, кобальт не

55 снижает точку MS, тогда как марганец, никель, медь и азот снижают точку MS, Поэтому кобальт является очень эффективным элементом для регулирования точки MS в, требуемом температурном интервале, Однако при содержании кобальта ниже 1," мас. требуемый эффект не может достигаться. Увеличение содержания кобальта более 27,9 . Поэтому содержание кобальта должно быть ограничено пределом 1,3 — 27,9 мас. ф .

6. Медь является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, как исключительно состоящую из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества ямартенсита. Кроме того, медь имеет функцию улучшать коррозиестойкость сплава. Однако, как упоминалось, при содержании сплава ниже 0,5 мас. требуемый эффект не может достигаться. С другой стороны, при содержании меди свыше 2,7 мас. образование я -мартенсита исключается. Причиной является то, что медь имеет функцию увеличивать энергию дефектов упаковки аустенита. Таким образом, содержание меди должно быть ограничено пределом 0,5 — 2,7 мас, .

7. Азот является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать маточную фазу сплава, до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или, главным образом, аустенита и небольшого количества емартенсита. Кроме того азот имеет функцию улучшать коррозиестойкость сплава и увеличивать предел текучести аустенита, Однако при содержании азота ниже 0,002 мас. требуемый эффект не может достигаться, С другой стороны, при содержании азота свыше 0,381 мас. упрощается образование нитридов хрома и кремния и ухудшается свойство восстанавливать форму сплава.

Поэтому содержание азота должно быть ограничено пределом 0,002 — 0,381 мас. .

8. Отношение общего содержания аустенитобразующих элементов к общему содержанию ферритобразующих элементов; необходимо до приложения пластической деформации, чтобы маточная фаза сплава при определенной температуре состояла исключительно из аустенита или в основном из аустенита и небольшого количества я-мартенсита. Поэтому согласно настоящему изобретению должны быть удовлетворены следующие формулы поми1826994 мо упомянутых ограничений химического состава предложенного сплава:

Ni + 0,5 Mn + 0,4 Со+ 0,06 Cu + 0,002 N> 0,67 (Cr+ 1,2 Si)

Способность аустенитобразующих элементов, содержащихся в сплаве согласно изобретению, образовывать аустенит, выражена следующим образом в значениях эквивалента никеля: Эквивалент никеля: Ni

+ 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Cu + 0,002 N.

Эквивалент никеля является индикатором способности образовывать аустенит.

Способность ферритобразующих элементов, содержащихся в сплаве согласно изобретению, образовывать феррит выражена следующим образом в значениях эквивалента хрома: Эквивалент хрома: Cr + 1,2

Si.

Эквивалент хрома является индикатором способности образовывать феррит.

Если удовлетворяется упомянутая формула, то до приложения пластической деформации к сплаву при определенной температуре маточная фаза сплава может исключительно состоять из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества е-мартенсита, 9. Содержание углерода, фосфора и серы, которые являются примесями, должно составлять; до 1 мас. углерода, 0,1. мас. фосфора и 0,1 мас. серы.

Теперь предложенный сплав на железной основе, способный восстанавливать свою форму будет описан подробно на примерах в сравнении с легированными сталями вне объема настоящего изобретения.

Пример. Легированные стали, имеющие химический состав в объеме изобретения (табл. 1), плавили в плавильной печи при атмосферном давлении или в вакууме, затем отливали в слитки. Затем полученные слитки нагревали до температуры в интервалах 1000 — 1250 С и прокатывали в горячем состоянии до толщины 12 мм для приготовления образцов легированных сталей согласно изобретению (образцы согласно изобретению) N 1 — 12 и сравнительных образцов легированных сталеи вне объема настоящего изобретения (образцы для сравнения) N 1-9.

После этого определили свойства восстанавливать форму и коррозионную стойкость для каждого образца по следующим методикам.

Результаты этих испытаний представлены в табл. 2. (1) Свойство восстанавливать форму:

"0 ния 4% при температуре, указанной в табл.

2, затем каждый образец нагревали до определенной температуры выше точки А1 и близкой к точке А, затем измеряли расчетную длину каждого образца после приложения растягивающего усилия и нагрева; и вычисляли степень восстановления формы на основе результата измерения расчетной навливать форму для каждого образца. Результат испытания на растяжение также показан в табл. 2 в колонке "Свойство восстанавливать форму".

Критерии оценки свойства восстанавли25 вать форму были следующими:

©; степень восстановления формы, по крайней мере, 70 . о: степень восстановления формы от 30 до ниже 70%; и установлена оптимальная температура для

45 приложения пластической деформации, Такие температуры указаны в табл. 2 в колонке

"Температура деформации". (2) Коррозионная стойкость.

Для определения коррозионной стойкости каждого образца N. 1 — 12 согласно изобретению и сравнительных образцов N 1 — 9 применяли испытание на воздействие воз55

Свойство восстанавливать форму было исследовано испытанием на разрыв, которое заключалось в следующем: отрезали образец в виде круглого прутка диаметром 6 мм и расчетной длины 30 мм от каждого образца N 1 — 11 согласно изобретению и сравнительных образцов 1 — 9, приготовленных как описано; к каждому отрезанному образцу прилагали деформацию растяжедлины для оценки свойства сплава восста: степень восстановления формы ниже

30, Степень восстановления формы вычислили согласно следующей формулы:

Степень восстановления формы, 1 2 Х 100 -1 -о где Lo — начальная расчетная длина образца;

L1 — расчетная длина образца после приложения растягивающего усилия;

L2 — расчетная длина после нагрева, Поскольку точка MS является различной для образцов, то для каждого образца была духом в течение года. После завершения испытания определяли отношение общей площади, пораженных ржавчиной частей к единице площади на поверхности каждого образца (ниже будет просто называться "коэффициент возникновения ржавчины"), а состояние возникновения ржавчины оцени1826994

Остальное

Таблица 1 вали на основе определенного таким образом коэффициента возникновения ржавчины для каждого образца, Результат этого испытания также показан в табл. 2 в колонке

"Коррозион ная стойкость". 5

Критерии оценки возникновения ржавчины были следующие: о; коэффициент возникновения ржавчины менее 20 х: коэффициент возникновения ржавчины равен как минимум 20 .

Как было описано подробно, сплав на железной основе, способный восстанавливать форму, согласно изобретению, имеет свойство восстанавливать форму и коррозионную стойкость и его можно применять для соединения труб, различных крепежных устройств и т.п., a также в качестве биомате.— риала, причем он позволяет снизить производственные расходы и следовательно получить положительные эффекты для промышленного применения, Формула изобретения

Сплав на основе железа с эффектом па- 25 мяти формы, содержащий марганец, кремний и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости при сохранении процента восстанавливаемой деформации не менее 30, сплав дополнительно содержит по меньшей мере один компонент из группы, включающей никель, кобальт, медь и азот, при следующем соотношении компонентов, мас. :

Хром 0,5 — 5

Кремний 2,5-7,6

Марганец 1,4 — 14,Т по меньшей мере, один компонент из группы, включающей никель 1,9 — 18,i

Кобальт 13 279

Медь 0,5-2,7

Азот 0,002 — 0,31 при условии выполнения соотношения

Ni+ 0,5 Mn+ 0,4 Со+ 0,06 Cu+ 0,02 М > 0,67 (Сг+ 1,2 Si)

Железо

1826994

Таблица2

15

Составитель О.Сидорова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2330 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5