Fe-基形状记忆合金的研究进展

邹芹^1,2，党赏¹，李艳国²，王明智²，熊建超¹

1. 燕山大学机械工程学院2. 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室

摘 要：根据实际应用价值将形状记忆合金分为三类:Ni Ti-基、Cu-基和Fe-基合金。Ni Ti-基形状记忆合金在记忆合金应用领域一直处于统治地位,但其材料成本高、冷加工性能差; Cu-基形状记忆合金热加工性能和形状记忆效应均较好且价格低廉,但存在记忆性能不稳定、晶粒粗大、抗疲劳性能差等缺陷,阻碍了其研究和应用; Fe-基形状记忆合金自开发以来因其价格低廉、加工性能优良、可焊接性好等特点,备受人们青睐,被确定为具有发展前景的新型形状记忆材料。Fe-基形状记忆合金中的马氏体相变主要分为三种,分别是由面心立方fcc （γ）→面心正方fct、体心正方bct和密排六方hcp （ε）。因fcc（γ）→fct马氏体相变及其逆相变而呈现形状记忆效应的合金有Fe-Pd和Fe-Pt;因fcc（γ）→bct马氏体相变及其逆相变而呈现形状记忆效应的合金有Fe-Ni-Ti-C和Fe-Ni-Co-Ti;因fcc（γ）→hcp（ε）中的Pd、Pt价格昂贵,故其实用意义不是很大,不作为研究和应用的热点。由于FeMn-Si系形状记忆合金的马氏体起始相变温度（Ms）接近室温、形状记忆效应相对较好,因此具有很好的应用前景。但此类合金存在相对较低的Ms以及明显的滞后现象限制了它们的广泛使用。Fe-Ni-Co-Ti马氏体界面的能动性不因热滞大小而改变,通过冷却或加热使移动的马氏体界面长大或收缩。基于Fe-Ni-Co-Ti合金超弹性的研究开发的新型Fe-Mn-Al-Ni合金所表现的超弹性更加优异,Fe-Mn-Al-Ni合金在室温下具有低应力滞后的超弹性响应,主要特征是:在-196～240℃温度范围内,诱导马氏体转变所需的应力对温度依赖性较低,大大拓宽了Fe-基形状记忆合金的应用。本文分类介绍了Fe-基形状记忆合金近年来的研究进展以及相关性能,尤其对Fe-Mn-Si系形状记忆合金中各元素对合金的影响进行了详细的介绍,以期在合金的成分设计方面为相关研究人员提供参考,并提出了现阶段Fe-基形状记忆合金所存在的问题。

关键词：形状记忆效应;马氏体相变;合金元素;非热弹性;