Сплав на основе железа с эффектом запоминания формы

 

Сплав на основе железа с эффектом запоминания формы содержит, мас. % : марганец 27 - 32; кремний 3 - 6; углерод 0,05 - 0,10; азот - 0,05 - 0,10, а также один или несколько элементов из группы, содержащей ванадий 0,05 - 0,15; ниобий 0,05 - 0,20; титан 0,05 - 0,10; железо остальное. Сплав обеспечивает повышение прочностных свойств Fe - Mn - Si сплавов с эффектом запоминания формы и понижение их температуры начала мартенетного превращения до уровня - 20 + 20С. 2 табл.

Изобретение относится к сплавам с эффектом запоминания формы, которые предполагается использовать в промышленности для безрезьбовых соединений труб, стопоров, аварийных регуляторов нагрева и др.

Известен сплав нитинол (Ni - 49+51 мас. % Тi) с обратимым эффектом запоминания формы. Сплав имеет следующие свойства: Степень восстановления формы (СВФ), % 6-8 Температура начала мартенситного превра- щения (М_н), ^оС 100-+100^оС Гистерезис мартенситного превращения (М_н-А_н), ^о 30 Предел текучести (σ₀₂) при 20^оС, МПа 180 Недостатком сплава является низкий предел текучести, малый гистерезис, сильная зависимость М_н от состава, плохая технологичность, дороговизна.

Наиболее близким к заявляемому сплаву является сплав на железной основе следующего состава, мас. % : Марганец 20-40 Кремний 3,5-8,0 Углерод 0,05-0,1 Железо Остальное Сплав имеет следующие свойства: СВФ, % 2 Температура начала мар- тенситного превращения (М_н), ^оС 20-50
Гистерезис мартенситного превращения (М_н-А_н), ^о 120-250 Предел текучести (σ₀₂), МПа 350 Предел прочности (σ_в), МПа 850
Недостатком сплава являются относительно невысокие прочностные свойства и высокие значения М_н (выше комнатной температуры). Понижение М_н Fе-Мn-Si сплавов до (-20 + 20^оС) даст возможность улучшить основное свойство сплава - СВФ при его нагреве до температуры обратного мартенситного превращения после предварительной деформации при комнатной температуре.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств и понижение М_н до уровня (-20 + 20^оС).

Это достигается тем, что сплав на основе Fе, содержащий Мn, Si и С, дополнительно содержит азот, а также один или несколько элементов из группы: ниобий, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас. % : Марганец 27-32 Кремний 3-6 Углерод 0,05-0,10 Азот 0,05-0,10 Ванадий и/или 0,05-0,15 Ниобий и/или 0,05-0,20 Титан 0,05-0,10 Железо Остальное при этом суммарное содержание углерода и азота должно быть не более 0,15, а суммарное содержание ванадия, ниобия и титана - не более 0,20% .

Изобретение основано на том, что ниобий, ванадий и титан образуют с азотом и углеродом карбонитриды, располагающиеся преимущественно по границам зерен и сдерживающие рост размера зерен при нагреве под закалку (Т_з= 1100^оС), что приводит к повышению прочностных свойств сплава. Небольшое количество ниобия и/или ванадия и/или титана, остающееся после образования карбонитридов в твердом растворе, вызывают понижение М_н ниже комнатной температуры (Т_к) и, следовательно, препятствует образованию ε-мартенсита охлаждения при Т_к, появление которого нежелательно сказывается на СВФ.

Уменьшение в сплаве содержания углерода и азота менее 0,05 мас. % , V или Nb или Тi менее 0,05 мас. % не приводит к существенному увеличению прочностных свойств из-за малой объемной доли образовавшихся карбонитридов.

Увеличение в сплаве содержания V более 0,15 мас. % Nb более 0,20 мас. % и Тi более 0,10 мас. % и суммарного содержания V, Nb и Тi более 0,2 мас. % приводит к резкому росту объемной доли карбонитридов, а увеличение содержания азота или углерода более 0,1 мас. % и суммарного содержания азота и углерода более 0,15 мас. % вызывает увеличение доли этих элементов, находящихся в твердом растворе, что отрицательно сказывается на СВФ.

Предлагаемые сплавы выплавляли в открытой индукционной печи и затем проковывали при 1150^оС на прутки и сутунки, из которых изготавливали образцы для механических испытаний и определения СВФ. Химический состав сплавов приведен в табл. 1.

Свойства предлагаемого и известного сплавов приведены в табл. 2 (известный сплав следующего состава, мас. % : Мn 30; Si 5; С 0,05; Fе - остальное).

Как видно из табл. 2, предложенный сплав обладает повышенными прочностными характеристиками и Мн ниже 20^оС. (56) Заявка ЕПВ N 0176272, кл. С 22 С 38/04, 1986.

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА С ЭФФЕКТОМ ЗАПОМИНАНИЯ ФОРМЫ, содержащий марганец, кремний и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит азот, а также один или несколько элементов из группы, содержащей ванадий, ниобий и титан, при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Марганец 27,00 - 32,00
Кремний 3,00 - 6,00
Углерод 0,05 - 0,10
Азот 0,05 - 0,10
один или несколько элементов из группы, содержащей
Ванадий 0,05 - 0,15
Ниобий 0,05 - 0,20
Титан 0,05 - 0,10
Железо Остальное
при условии, что суммарное содержание углерода и азота составляет не более 0,15 мас. % , а суммарное содержание ванадия, ниобия и титана не более 0,20 мас. % .

РИСУНКИ

Рисунок 1