Förbättring av formminneseffekten hos en Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legering genom kulblandning

Abstrakt:

För att förbättra formminneseffekten sprutades den lösningsbehandlade Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen och glödgades därefter. Fasbeståndsdelen undersöktes med användning av röntgendiffraktionsmetoden.

Minneseffekten syftar på det faktum att i inlärnings- och memoreringsprocessen, efter upprepad upprepning och konsolidering, kan det bildade minnet lagras fastare och djupare i hjärnan. Minne avser styrkan i människors minne, det vill säga människors förmåga i minnet och omfattningen och kvaliteten på det innehåll som kan komma ihåg.

Det finns ett nära samband mellan minneseffekten och minnet. Minneseffekten kommer att ha en positiv inverkan på att förbättra människors minne.

För det första, genom upprepad inlärning och minne, kan människor bättre förstå och bemästra kunskap, och använda denna kunskap när som helst och var som helst i det dagliga livet, och därigenom förbättra minnet.

För det andra, genom moderna vetenskapliga och tekniska medel, såsom flashcards, recensionsprogram etc., kan kontinuerlig upprepning av minnet effektivt förbättra minneseffekten och därigenom förbättra människors minne mer effektivt.

Dessutom finns det många metoder och tekniker för att hjälpa människor att förbättra minneseffekten, som att organisera information, etablera föreningar och föreningar och göra flera repetitioner under en kort period. Tillämpningen av dessa tekniker och metoder kan inte bara förbättra minneseffekten utan också ha en positiv inverkan på förbättringen av minnet.

Kort sagt, minneseffekten och minnet är nära sammanlänkade. Genom kontinuerlig inlärning och minne kan vårt minne lagras djupare och fastare och därigenom avsevärt förbättra vårt minne. Därför bör vi aktivt använda olika vetenskapliga och tekniska medel och tekniker för att förbättra minneseffekterna, för att kontinuerligt stärka vårt minne och för att bättre anpassa oss till det moderna livet. Det kan ses att vi behöver förbättra vårt minne. Cistanche kan förbättra minnet avsevärt eftersom det är ett traditionellt kinesiskt läkemedelsmaterial med många unika effekter, varav en är att förbättra minnet. Effekten av Cistanche kommer från de olika aktiva ingredienserna den innehåller, inklusive garvsyra, polysackarider, flavonoidglykosider, etc. Dessa ingredienser kan främja hjärnans hälsa på många sätt.

Klicka på vet sätt att förbättra hjärnans funktion

Mikrostrukturutvecklingen karakteriserades med hjälp av ett optiskt mikroskop och elektronisk backscatter-diffraktionsmetoden, och formminneseffekten utvärderades med ett böjningstest. Resultaten visar att 0-0-martensit och ε-martensit introducerades i det kulblästrade ytskiktet.

0-martensiten fanns kvar efter glödgning även vid 850 ◦C. Ytskiktets mikrostruktur förfinades genom kulblästring och efterföljande glödgning. Jämfört med de för det upplösta provet förbättras formåtervinningsförhållandet och återhämtningstöjningen för de prover som kulblästras och därefter glödgas avsevärt vid olika fasthållningar.

Nyckelord: formminneslegering; Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legering; kulblästring; mikrostruktur; fasomvandling.

1. Inledning

Formminneslegeringar (SMA) är en typ av material som kan återställa sin ursprungliga form efter deformation. NiTi-legeringar är utmärkta SMA:er. De kan återhämta stora stammar på 6–8% på grund av formminneseffekten och superelasticiteten [1,2].

Men de uppvisar låg kallbearbetbarhet och höga kostnader, vilket begränsar deras storskaliga tillämpningar [1,3]. Följaktligen har FeMn-Si-baserade SMA:er tilldragit sig stort intresse nyligen på grund av deras jämförbara minneseffekt och låga kostnad [3-8].

Formminneseffekten av Fe-Mn-Si-baserade SMAs är resultatet av en stressinducerad -austenit till e-martensitfastransformation och dess omvända transformation vid efterföljande uppvärmning över temperaturen Af. Skjuvförskjutning orsakar martensitisk transformation, vilket resulterar i bildandet av Shockley partiella dislokationer och staplingsfel på (111) tätt packade atomplan.

Det finns 12 skjuvsystem bestående av fyra(111) plan och tre<112>vägbeskrivningar. Därför kan 12 varianter av ε-martensiten bildas när -austeniten laddas. Endast en variant av ε-martensit introducerades i enkristall-Fe-Mn-Si-legeringar med användning av dragspänning som applicerades längs<414>riktning, vilket ger en stor återhämtningstöjning på 9 % [9].

Kollisioner mellan de olika varianterna inträffade när antalet varianter ökade och en 0-martensit producerades, vilket minskade formåtervinningen [10–12]. Ansträngningar bör göras för att främja martensitisk transformation vid plastisk deformation och den kristallografiska reversibiliteten av den omvända transformationen för att uppnå en hög formminneseffekt [13].

För de polykristallina Fe-Mn-Si-baserade SMA:erna är en bra formminneseffekt mer sannolikt om legeringen har låg staplingsfelenergi, hög hållfasthet i moderfasen, Msnear Néel-temperatur TN och ett idealt c/a-förhållande (1,633) ) av ε-fasen [14].

Design av kemisk sammansättning kan påverka formminneseffekten genom att påverka den överordnade matrisens mekaniska egenskap, fasstabilitet, gitterparametrar, staplingsfelenergi, Ms och TN [13]. Mn- och Si-beståndsdelar är de nödvändiga elementen i Fe-Mn-Si-baserade SMA. Mnkan härda -austeniten och öka reversibiliteten för ε-martensit genom att hämma bildningen av 0-martensit [15].

Si förbättrar reversibiliteten genom att minska transformationsvolymförändringen och atomär gränsöverskridande missanpassning [16]. Tillsats av Cr och Ni kan öka korrosionsbeständigheten och förbättra formminneseffekten genom att öka c/a-förhållandet [17]. Förutom legeringsdesignen har olika bearbetningstekniker använts för att förbättra formminneseffekten genom att optimera mikrostrukturen [1] .

Det har indikerats att andrafasfällningar i Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Ni SMA kan produceras via konventionell valsning, asymmetrisk valsning och lika kanalvinkel (ECAP) tryckning följt av glödgning [7].

Ultrafina eller fina korn inducerades i Fe-Mn-Si-baserade SMA:er via höghastighetsvalsning med differentiell hastighet [18], ECAP [19] och höghastighetsvridning med högt tryck [20], och deras formminneseffekt förbättrades väsentligt. Kulblästring är en universell ytmodifieringsprocess som används för många tekniska utrustningar och delar, som kan förfina mikrostrukturen, stärka materialet och införa restspänningar. Allvarlig plastisk deformation sker i ytskiktet och minskar gradvis med djupet för materialet som utsätts för kulblästring [21].

Därför kan betydande mikrostrukturvariationer förväntas i ytskiktet av de kulblästrade SMA:erna. Denna studie undersöker möjligheten att förbättra formminneseffekten av Fe-MnSi-Cr-Ni-legering med hjälp av kulblästring och undersöker den mikrostrukturella utvecklingen. I denna studie kulblästrades en Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legering och glödgades därefter.

Faskonstitutionen och mikrostrukturell utveckling undersöktes. Formminneseffekten utvärderades med hjälp av ett böjningstest, och inverkan av kulblästring på formminneseffekten diskuterades.

2. Experimentella detaljer

Legeringen Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni tillverkades genom en process som bestod av vakuumsmältning, gjutning, smide och varmvalsning. Den kemiska sammansättningen av legeringen analyserades med en spektrometer (Perkin Elmer Optima 8300, Waltham, MA, USA), och resultaten visas i tabell 1.

Efter lösningsbehandlingen kulblästrades Fe{{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen. XRD-mönstret för det blästrade ytskiktet visas i figur 3. Diffraktionstoppen för (110) 0 överlappar den för (0002)ε vid 2θ=44 .7674◦, och (211) 0 överlappar med (1013) ¯ε at2θ=82.6083◦, som visas i figur 3a. Förekomsten av ε-martensit och 0-martensit kan inte härledas från dessa två toppar. Ändå kan signifikanta diffraktionstoppar på (200) 0 och (220) 0 observeras vid 65,0844◦ respektive 99,3183◦.

En svag topp på (101¯1)ε är närvarande vid 46,8263◦. Därför kan det bekräftas att ytskiktet av den kulblandade Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen består av 0-martensit och ε -martensit.

Detta experimentresultat är oväntat eftersom Mn kan förhindra bildningen av 0-martensit [15], som vanligtvis introduceras i Fe-Mn-Si-legeringar med < 20 viktprocent Mn-innehåll, såsom Fe-14Mn{ {6}}Si8Cr-4Ni [25], Fe–14Mn–5Si–9Cr–5Ni [26,27] och Fe-18Mn-5.5Si-9 .5Cr-Ni [12].

Efter kulblästring glödgades proverna vid 650 ◦C, 750 ◦C och 850 ◦C i 30 min. -austeniten, ε-martensiten och 0-martensiten kan identifieras för provet glödgat vid 650 ◦C från XRD-mönstret som visas i figur 3b, vilket indikerar att en betydande omvänd martensitisk transformation inträffade under glödgningen vid 650 ◦C för skott- blästrat exemplar.

Diffraktionstopparna för -austenit kan dock inte observeras eftersom glödgningstemperaturen ökar till 75 0 ◦C. ε-martensittopparna blir också svaga. Jämfört med (200) 0 och (220) 0 diffraktionstopparna som visas i figur 3a,b, ökade de två topparnas intensitet och deras fulla bredd vid halva maximum minskade när glödgningstemperaturen ökade till 750 ◦C.

När glödgningstemperaturen ökades till 850 ◦C, försvann (101¯1)ε diffraktionstoppen nästan, och (200) 0 och (220) 0 toppintensiteterna ökade med 24,4 % och 17,2 %, respektive, jämfört med de för provet som glödgats vid 750 ◦C.

Detta innebär att volymfraktionen av 0-martensit i det kulblästrade ytskiktet ökade när glödgningstemperaturen ökade från 650 ◦C till 850 ◦C.

3.2. Mikrostrukturell evolution

Figur 4 visar EBSD-bilderna av det upplösta provet, vilket visar att mikrostrukturen är bra. Medelkornstorleken uppskattas till cirka 9 µm genom att analysera figur 4a. Det har påpekats att tvillingar vanligtvis observeras i -austenit av Fe-Mn-Si-baserade SMA efter termomekanisk bearbetning [3,8].

I den här studien kan en hög täthet av tvillinggräns hittas i den lösta Fe-24Mn-6Si-9Cr6Ni-legeringen (Figur 4b). Undersökningar har visat att tvillinggränser är skadliga för formminneseffekten av Fe-Mn-Si-baserade SMAs på grund av interaktionerna mellan tvillinggränsen och ε-martensit [3,8].

Som en ytbehandlingsteknik för kraftig plastisk deformation kan kulblästring introducera hög dislokationsdensitet och lagrad energi i ytskiktet av målmaterialen. En betydande mikrostrukturell utveckling av ytskiktet kan ske under efterföljande glödgning vid höga temperaturer. För den kulblandade Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen glödgad 650 ◦C i denna studie, visar figur 5a att ytskiktets morfologi uppvisar en markant skillnad från matrisen, vilket kan hänföras till förekomsten av omvänd martensitisk transformation, återhämtning och omkristallisation i ytskiktet under glödgning. Detta indikerar förfining av mikrostrukturen som resultat från kulblästringen och efterföljande glödgning.

När glödgningstemperaturen ökade, ökade mängden omkristallisation av ytskiktet (Figur 5a, c). Små omkristalliserade korn kan ses i ytskiktet på provet glödgat vid 850 ◦C. EBSD-bilder av ytskiktet av provet glödgat vid 850 ◦C visas i figur 6a,b. På grund av skillnaden i omkristallisationsbeteende blir kornen i skikten A, B, C och D gradvis större när djupet från den kulblästrade ytan ökar.

Den genomsnittliga kornstorleken för det övre ytskiktet A med ett djup på cirka 30 µm är cirka 1,7 µm, vilket är mycket mindre än det lösta provet. Medelkornstorleken för lager B ökade till cirka 2,7 µm.

Det finns flera korn med stora storlekar i lager C och D, men den tematiska kornstorleken är fortfarande liten. Variationen av medelkornstorlekar över de fyra skikten illustreras i figur 6c, som visar en signifikant gradvis fördelning.

Samtidigt kan många tvillinggränser hittas i det skottblästrade provet och därefter glödgat vid 850 ◦C (Figur 6a).

Motsvarande karta över ∑3 tvillinggränser visas i figur 6b, som visar att tätheten av tvillinggränser är signifikant hög i ytskiktet och minskar gradvis med djupet. Tätheten av tvillinggränser i matrisen är jämförbar med den för det upplösta provet som visas i figur 4b.

3.3. Egendom

Figur 7 visar formåtervinningsförhållandet och återhämtningsstammen för det upplösta provet. Formåtervinningsgraden minskade från 83,1 % till 35,2 % när begränsningen ökade från 2 % till 8 % och motsvarande återhämtningstöjning ökade från 0,67 % till 1,97 %.

Formminneseffekten efter kulblästring och efterföljande glödgning vid olika temperaturer visas i figur 8. Formåtervinningsförhållandet visas vara 78,5 % vid 4 % förspänning för provet glödgat vid 850 ◦C, och det kan ökas till 92,5 % med en glödgningstemperatur på 650 ◦C.

Dessa formåtervinningsförhållanden är betydligt högre än för det upplösta provet vid 4 % förspänning. Formåtervinningsförhållandena minskade med en ökning av fasthållningen förutom vid 10 % förspänning för proverna glödgade vid 750 ◦C och 850 ◦C.

Figur 8b visar variationen av formåtervinningspåkänning med fasthållning. Det verkar som om glödgningstemperaturens inverkan på återhämtningstöjningen inte är signifikant, även om 650 ◦C glödgningstemperaturen visar en något bättre effekt.

Återvinningsstammarna kan öka från cirka 1,5 % till 3,8 % när begränsningen ökar från 4 % till 10 %, vilket är högre än det för det upplösta provet vid samma fasthållning.

Jämfört med det upplösta provet visade formåtervinningsförhållandet och återhämtningstöjningen en ökning med 61 % respektive 24 % vid 4 % förspänning för provet som sprutpennats och därefter glödgats vid 650 ◦C.

Dessa ökningar nådde 67 % respektive 44 %, när begränsningen höjdes till 8 %. De uppmätta resultaten visar att processen med kulblästring och efterföljande glödgning avsevärt förbättrar formminneseffekten av Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen. Allvarlig plastisk deformation inträffade i ytskiktet när legeringarna utsattes för kulblästring. Stressinducerad martensitisk transformation, tvillingar och dislokationsglidning bidrog till den plastiska deformationen.

Därför kan omvänd martensitisk transformation, återhämtning, omkristallisation och till och med sekundär omkristallisering ske under glödgning. I denna process kan en fin mikrostruktur bildas i ytskiktet, som visas i figurerna 5 och 6a.

Det har observerats att kornförfining kan förbättra formminneseffekten eftersom korngränserna kan stärka moderfasen och hindra tillväxten av martensit i olika orienteringar [28]. Dessutom introducerades 0-martensiten under kulblästring och kvarstod efter glödgning i denna studie. Närvaron av 0-martensit antas minska den permanenta glidningen under förträning på grund av dess högre sträckgräns jämfört med -austenitens; således kan en högre grad av formåtervinning erhållas [27].

Dessutom har forskning visat att 0-martensiten som introduceras med termomekanisk behandling kan förhindra kollisioner mellan olika ε-martensitband och få banden att bildas på ett domänspecifikt sätt under deformation, vilket gynnar formminneseffekten [25]. Denna studie använde kulblästring och efterföljande glödgning för att bearbeta Fe-24Mn-6Si9Cr-6Ni-legeringen.

Mikrostrukturförfining och 0-martensit observeras i proverna efter kulblästring och efterföljande glödgning. Deras formåtervinningsförhållande och återhämtningstöjning förbättras avsevärt jämfört med de hos det upplösta provet.

Resultaten visar att kulblästring är en potentiell teknik för att förbättra formminneseffekten av Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legeringar. Den detaljerade mekanismen för mikrostrukturutvecklingen, fasomvandlingen och förbättringen av formminneseffekten förblir dock oklart, vilket kräver ytterligare forskning.

4. Slutsatser

(1) 0-martensiten introducerades i Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen under sprutning och fanns kvar efter glödgningen. Mängden 0-martensit i ytskiktet ökade när glödgningstemperaturen ökade från 650 ◦C till 850 ◦C.

(2) Ytskiktets mikrostruktur förfinades efter kulblästring och efterföljande glödgning. Mängden omkristallisation av ytskiktet ökade med glödgningstemperaturen.

(3) Jämfört med de för det upplösta provet, är formåtervinningsförhållandet och återvinningstöjning signifikant ökat för Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni-legeringen efter skottpenning och efterföljande glödgning.

Författarbidrag: Conceptualization, HY och YW; metodik, HY och YW; formalanalys, HY, WY och YW; undersökning, WY, XD och MZ; resurser, HY; skriva-originalutkast förberedelse, HY; skriva-granskning och redigering, HY och YW; tillsyn, HY; projektadministration, HY; finansieringsförvärv, HY Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.

Finansiering: Denna forskning finansierades av vetenskaps- och teknikavdelningen i Shaanxi-provinsen i Kina, projektnummer 2020JQ-676 och av Shaanxi Key Laboratory of Nano Materials and Technology.

Utlåtande av institutionell granskningsnämnd: Ej tillämpligt.

Informerat samtycke: Ej tillämpligt.

Datatillgänglighet: Ej tillämpligt.

Intressekonflikter: Författarna förklarar ingen intressekonflikt.

Referenser

1. Peng, H.; Chen, J.; Wang, Y.; Wen, Y. Nyckelfaktorer för att uppnå stora återvinningsstammar i polykristallina Fe-Mn-Si-baserade formminneslegeringar: En översikt. Adv. Eng. Mater. 2018, 20, 1700741. [CrossRef]

2. Jani, JM; Leary, M.; Subic, A.; Gibson, MA En genomgång av forskning, tillämpningar och möjligheter av formminneslegeringar. Mater.Des. 2014, 56, 1078–1113. [CrossRef]

3. Wen, YH; Peng, HB; Raabe, D.; Gutierrez-Urrutia, I.; Chen, J.; Du, YY Stor återhämtningsstam i Fe-Mn-Si-baserade formminnesstål erhållna genom teknisk glödgning av tvillinggränser. Nat. Commun. 2014, 5, 4964. [CrossRef] [PubMed]

4. Li, JC; Zhang, Z.; Jiang, Q. Egenskaper och tillämpning av Fe-6Si-14Mn-9Cr-5Ni formminneslegering. Mater. Sci. Technol. 2001, 17 292–295. [CrossRef]

5. Kırındı, T.; Sarı, U.; Dikici, M. Effekterna av förspänning, återhämtningstemperatur och böjdeformation på formminneseffekter i en Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legering. J. Alloys Compd. 2009, 475, 145–150. [CrossRef]

6. Druker, A.; La Roca, P.; Vermaut, P.; Ochin, P.; Malarría, J. Mikrostruktur- och formminnesegenskaper hos Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Nimelt-spunnen band. Mater. Sci. Eng. A 2012, 556, 936–945. [CrossRef]

7. Fuster, V.; Druker, AV; Baruj, A.; Malarría, J.; Bolmaro, R. Karakterisering av faser i en Fe-Mn-Si-Cr-Ni formminneslegering bearbetad med olika termomekaniska metoder. Mater. Karaktär. 2015, 109, 128–137. [CrossRef]

8. Peng, H.; Yong, L.; Wang, S.; Wen, Y. Roll av glödgning för att förbättra formminneseffekten av gjutna Fe-Mn-Si-Cr-Ni formminnelegeringar. Metall. Mater. Trans. A 2019, 50, 3070–3079. [CrossRef]

9. Sato, A.; Chishima, E.; Soma, K.; Mori, T. Formminneseffekt i ε-transformation i Fe-30Mn-1Si-legeringsenkristaller. ActaMetall. 1982, 30, 1177–1183. [CrossRef]

10. Sato, A.; Chishima, E.; Yamaji, Y.; Mori, T. Orienterings- och sammansättningsberoende av formminneseffekt i Fe-Mn-Si-legeringar. Acta Metall. 1984, 32, 539-547. [CrossRef]

11. Yang, JH; Chen, H.; Wayman, CM Utveckling av Fe-baserade formminneslegeringar associerade med ansiktscentrerade kubisk-hexagonala tätpackade martensitiska transformationer: Del II. transformationsbeteende. Metall. Trans. A 1992, 23, 1439–1444.[CrossRef]

12. Wen, Y.; Peng, H.; Wang, C.; Yu, Q.; Li, N. En ny träningsfri gjuten Fe-Mn-Si-Cr-Ni formminneslegering baserad på bildning av martensit på ett domänspecifikt sätt. Adv. Eng. Mater. 2011, 13, 48–56. [CrossRef]

13. Sawaguchi, T.; Maruyama, T.; Otsuka, H.; Kushibe, A.; Inoue, Y.; Tsuzaki, K. Designkoncept och tillämpningar av Fe-Mn-Si-baserade legeringar – från formminne till kontroll av seismisk respons. Mater. Trans. 2016, 57, 283–293. [CrossRef]

14. Yang, JH; Wayman, CM Utveckling av Fe-baserade formminneslegeringar förknippade med ansiktscentrerade kubisk-hexagonalslutpackade martensitiska transformationer: Del III. mikrostrukturer. Metall. Trans. A 1992, 23, 1445–1454. [CrossRef]

15. Zhang, C.; Song, F.; Wang, S.; Peng, H.; Wen, Y. Effektmekanism av Mn-innehåll på formminne av Fe-Mn-Si-Cr-Ni-legeringar. Acta Metall. Synd. 2015, 51, 201–208.

For more information:1950477648nn@gamil.com