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 (Мн), оС 100-+100оС
Гистерезис мартенситного превращения (Мн-Ан), о 30
Предел текучести (σ02) при 20оС, МПа 180
Недостатком сплава является низкий предел текучести, малый гистерезис, сильная зависимость Мн 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 (Мн), оС 20-50
Гистерезис мартенситного превращения (Мн-Ан), о 120-250 Предел текучести (σ02), МПа 350 Предел прочности (σв), МПа 850
Недостатком сплава являются относительно невысокие прочностные свойства и высокие значения Мн (выше комнатной температуры). Понижение Мн Fе-Мn-Si сплавов до (-20 + 20оС) 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 Мн до уровня (-20 + 20оС).
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 (Тз= 1100оС), 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 Мн ниже комнатной температуры (Тк) и, следовательно, препятствует образованию ε-мартенсита охлаждения при Тк, 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 1150оС 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 20оС. (56) Заявка ЕПВ N 0176272, кл. С 22 С 38/04, 1986.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АНТИФРИКЦИОННЫЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ИЗНОСОСТОЙКИЕ ДЕМПФИРУЮЩИЕ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ СПЛАВЫ НА МЕТАСТАБИЛЬНОЙ ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА СО СТРУКТУРОЙ ГЕКСАГОНАЛЬНОГО ε-МАРТЕНСИТА И ИЗДЕЛИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТИХ СПЛАВОВ С ЭФФЕКТОМ САМООРГАНИЗАЦИИ НАНОСТРУКТУРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, САМОУПРОЧНЕНИЯ И САМОСМАЗЫВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ, С ЭФФЕКТОМ САМОГАШЕНИЯ ВИБРАЦИЙ И ШУМОВ | 2010 |
|
RU2443795C2 |
| ИЗНОСОСТОЙКАЯ МЕТАСТАБИЛЬНАЯ АУСТЕНИТНАЯ СТАЛЬ | 2019 |
|
RU2710760C1 |
| НИЗКОЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕЕ | 2007 |
|
RU2362814C2 |
| СТАЛЬ | 1991 |
|
RU2016127C1 |
| СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТЛИВКИ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОЙ СТАЛИ (ВАРИАНТЫ) | 2019 |
|
RU2750299C2 |
| КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ | 2010 |
|
RU2437954C1 |
| ВЫСОКОПРОЧНАЯ ИЗНОСОСТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН (ВАРИАНТЫ) | 2015 |
|
RU2606825C1 |
| РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ | 2008 |
|
RU2365667C1 |
| РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ | 2008 |
|
RU2365666C1 |
| РЕЛЬСОВАЯ СТАЛЬ | 2010 |
|
RU2449045C1 |
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.
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. % .
