Сплав на основе железа с эффектом памяти формы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 38/02, 38/16, 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕНИ ОПИСАК ПАТЕНТУ, Тетсуя Санпеи и Х о 88.8)и М 61-201761.1986. 4) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА СЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ уч та Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе железа с эффектом памяти формы,Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и жаростойкости при сохранении уровня восстанавливаемой деформации не менее 700,Сплав включает, мас, : хром 5.0-20,0; кремний 2,0 - 8,0, по меньшей мере один элемент из группы, мас.%: марганец 0,1-14,8, никель.0,1-20,0; кобальт 0.1 - 30,0. медь 0,1 - 3,0, азот.0,001-0,400, причем:, й + 0,5 Мп+ + 0,4 Мо + 0;06 Сц + 0,002 й0,67 (Сг + + 1,2 30, а,остальное железо,При добавке в сплав определенного количества хрома можно уменьшить энергию дефектов упаковки аустенита, увеличить предел текучести аустенита и улучшить.коррозионностойкость и сопротивление сплава .окислению сплава при высоких температурах.При добавке кремния в сплав в определенном количестве можно уменьшить энерлению пр ьшей мере анца, никезаданном чтобы исания спласостояла и главным о количестен ра- ию ся но хр эл(57) Изобр В чдстнос эффектом ния - пов и жарост восстанав 707 ь. Спл 2,0-8,0 кр элемента, щей в себ келя; 0,1 0,001-0,40 +0,06 С остальное 2 табл,етение относится к металлургии, ти сплавам на основе железа с памяти формы, Цель изобретеышение коррозионной стойкости ойкости при сохранении уровня ливаемой деформации не менее ав содерж 1 т (мас.%) 5-20 хрома; емния; по меньшей мере одного выбранного из группы, включаюя 0,1-14,8 марганца; 0.1 - 20,0 ни- -30,0 кобальта; 0,1-3,0 меди: 0 азота, где М + 0.5 Мп + 0,4 Со+ + 0,002 й0,67 (Сг + 1,2 5)-3,железо и случайные примеси,гию дефектов упаковки аустени шить сопротивление сплава акис высоких температурах.При добавке в сплав по мен одного элемента, например марг ля. кобальта, меди или азота, в количестве можноцелать так, ходная фаза сплава до подверг ва пластической деформации исключительно из зустенита ил образом, аустенита и небольшог ва к -мартенсита. Посредством ограничения в определ ных пределах отношения общего содер ния марганца, никеля, кобальта, меди и/ азота, которые являются элементами, о зующими аустенит. и общему содержа ома и/или кремния, которые являю ементами, образусщими феррит, мо сделать так. чтобыисходная фаза сплава подвергания сплава пластической дефор ции. содержала исключительно аустеили глаеным образом аустенит и небольшое количество к -мартенсита.Настоящее изобретение основано на указанных результатах и сплав на железной основе с ЭЗФ имеет высокую коррозионную стойкость и жаростойкость и содержит, мас,%: хром 5,0-20,0, кремний 2,0 - 8,0, по меньшей мере, одного элемента, выбранного из группы, включающей в себя, мас.%: марганец 0,1 - 14,8, никель 0,1 - 20,0, кобальт 0,1-30.0, медь 0,1-3,0 и азот 0,001-0,400, где; М+05 Мп+04 Со+006 Сц+0002 К0,67 (Сг+ 1,2 3) - 3, остальное железо и случайные примеси.Хром выполняет функцию снижения энергии дефектов упаковки аустенита и улучшает корроэионную стойкость и сопротивление сплава окислению при высоких температурах. Кроме того, хром имеет другую функцию, а именно улучшение предела текучести аустенита, Однако при содержании хрома выше 5,0 мас.% требуемый эффект не может достигаться, С другой сгороны, содержание хрома свыше 20,0 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 добавляют по меньшей мере один элемент из группы: марганец, никель, кобальт 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 является нецелесообразной с экономической точки зрения. Кроме того, повышенное содержание хрома стремится вызвать более простое образование д -фазы в сплаве, По этим при-. чинам при содержании хрома свыше 20,0 мас.% необходимость высокого содержанияя аустенитобразующих элементов приводит к экономическим потерям, а образование д-фазы вызывает ухудшение свойства восстанавливать форму, обрабатываемость и пластичность сплава. Поэтому содержание хрома должно быть ограничено в пределах 5,0-20,0 мас,%.Кремний снижает энергию дефектов упаковки аустенита и улучшает жаростойкость увеличивает предел текучести аустенита. Однако. при содержании кремния ниже 2,0 мас.% не достигается требуемый эффект. С другой стороны, при содержании кремния свыше 8,0 мас.% пластичности сплава серьезно уменьшается и эначительно ухудшается способность обработки в горячем и холодном состоянии, Поэтому содержание кремния должно быть ограниченопределом от 2,0 до 8,0 мас,%,5 Согласно изобретению в сплав добавляют хром и кремний, которые являются ферритобразующими элементами, и кроме того,в сплав добавляют по меньшей мере одиниз следующих элементов: марганец, никель,10 кобальт, медь и азот, являющиеся аустенитобразующими элементами, чтобы исходная фаза сплава до пластическойдеформации содержала исключительно аустенит или главным образом аустенит и не 15 большое количество , -ма ртенсита,Марганец является сильным элементом, который. образует аустенит и имеетфункцию сделать исходную фазу сплава доприложения пластической деформации к20 сплаву, состоящую исключительно из аустенита и главным образом аустенита и небольшого количества я -мартенсита. Однако присодержании марганца ниже 0,1 мас,% требуемый указанный эффект не достигается. С25 другой стороны, при содержании марганцасвыше 14,8 мас.% коррозионная стойкостьи жаростойкость ухудшается, Поэтому содержание марганца должно быть ограничено пределом 0,1-14,8 мас.%,30 Эффект содержания марганца на удлинение при разрушении в сплаве на желез-ной основе, способном восстанавливатьформу, был исследован посредством следующего испытания на разрыв, Содержание35 марганца свыше 14,8 мас.% приводит к низкому удлинению при разрушении сплава врезультате образования д -фазы.Никель является сильным элементом,который образует аустенит и имеет функ 40 цию сделать исходную фазу сплава до пластической деформации, содержащейисключительно аустенит и главным образомаустенит и небольшое количество к -мартинсита. Однако при содержании никеля ниже45 0,1 мас,% требуемый эффект не может бытьдостигнут. С другой стороны, при содержании никеля свыше 20,0 мас.% точка превращения е -мартенсита (далее обозначена"точка МЯ") смещается главным образом в50 сторону низкотемпературной зоны и температура, при которой прилагается пластическая деформация к сплаву, становится оченьнизкой. поэтому содержание никеля должно быть ограничено пределом 0,1-20,0 мас.%,Кобальт представляет аустенитобразующий элемент и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложения пластической деформации, исключительно состоящую из аустенитэ или главным обра5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 зом. аустенита в небольшого количества - мартенсита. Кроме того, кобальт не снижает точку МЯ, тогда как марганец, никель, кобальт и азот снижают точку МЯ, Поэтому кобальт является очень эффективным элементом для регулирования точки МЯ в требуемом температурном диапазоне, Однако при содержании кобальта ниже 0,1 мас.отребуемый эффект не достигается, С другой стороны, при содержании кобальта свыше 30,0 мас.% не достигается особенное улучшение упомянутого эффекта. Поэтому содержание кобальта должно быть ограничено пределом 0,1-30,0 мас. .Медь является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложения пластической деформации, исключительно состоящей из аустенита или главным образом аустенита и неболышого количества - мартенсита. Кроме того, медь имеет функцию улучшить коррозионную стойкость сплава, Однако при содержании сплава ни- же 0.1 мас,требуемый эффект не достигается. С другой стороны, при содержании меди свыше 3,0 мас,образование -мартенсита исключается. Причиной является то, что медь увеличивает энергию дефектов упаковки аустенита. Таким образом содержание меди должно быть ограничено пред. елом 0,1-3,0 мас.%.Азот является аустенитобразующим элементом и имеет функцию сделать исходную фазу сплава до приложения пластической деформации, исключительно состоящую из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества мартенсита. Кроме того, азот улучшает коррозионную стойкость сплава и увеличивает предел текучести аустенита. Однако при содержании азота ниже 0.001 мас,отребуемый эффект не достигается. С другой стороны, при содержании азота свыше 0,400 мас,% упрощается образование нитридов хрома и кремния и ухудшается свойство восстанавливать форму сплава. Поэтому содержание азота должно быть ограничено пределом 0,001-0.400 мас, о .Отношение общего содержания аустенитобраэующих элементов к общему содержанию ферритобразующих элементов.Необходимо, чтобы исходная фаза до приложения пластической деформации сплава при определенной температуре состояла исключительно из аустенита или в основном из аустенита и небольшого количества е-мэртенсита. Поэтому согласно настоящему изобретению должны быть удовлетворены следующие формулы помимо упомянутых ограничений химического состава предложенного сплава:Ю + 0,5 Мп + 0.4 Со + 0,06 Со + 0,002 й0,67 (Сг + 1,2 Я) - 3Способность аустенитобразующих элементов образовывать аустенит выражена следующим образом в значениях эквивалента никеля: эквивалент никеля = й + +0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Си + 0,002 И.Эквивалент никеля является индикатором способности образовывать аустенит,Способность ферритобраэующих элементов, содержащихся в сплаве, образовывать феррит выражена следующим образом в значениях эквивалента хрома: эквивалент хрома = Сг+ 1,2 Я. Эквивалент хрома является индикатором способности образовывать феррит.Если удовлетворяется данная формула, то исходная фаза сплава до приложения пластической деформации к сплаву при определенной температуре может исключительно состоять из аустенита или главным образом аустенита и небольшого количества-мартенсита.Содержание углерода, фосфора и серы, которые являются примесями, должно предпочтительно составлять; до 1 мас,оуглерода, 0,1 мас.фосфора и 0.1 мас.серы.П р и м е р. Легированные стали согласно настоящему изобретению. с химическим составом указанным в 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 предлагаемых легированных сталей и сравнительных образцов.После этого определяли свойство вос- станавливать форму, коррозионную стойкость и жаростойкость для каждого предлагаемого образца предложенного сплава и образца сравнительных сплавов посредством описанных ниже испытаний.Результаты этих испытаний представлены в табл, 2.Свойство восстанавливать форму исследовано испытанием на разрыв, которое заключалось в следующем: отрезали образец в виде круглого прутка диаметром б мм и расчетной длины 30 мм от каждого образца. К каждому образцу прилагали деформацию растяжения 4% при температуре, указанной в табл. 2, затем каЖдый образец нагревали до определенной температуры выше точки А 1 и близкой к точке А 1, затем измеряли расчетную длину каждого образца,005МЖа:жж 0,0 5,8 после приложения растягивающего усилия и нагрева, и вычисляли степень восстановления формы на основе результата измерения расчетной длины для оценки свойства сплава восстанавливать форму для каждого 5 образца. Результат испытания на растяжение также показан в табл. 2,Степень восстановления формы вычислили согласно следующей формуле: 10Степень восстановления формы, =Х 100,-1 -о где Е - начальная расчетная длина образца;О - расчетная длина образца послеприложения растягивающего усилия,.2 - расчетная длина после нагрева,Для определения коррозионной стойкости каждого образца применяли испытаниевоздействием воздуха в течение года, Послезавершения испытания оценивали состояния возникновения ржавчины через визуальный осмотр каждого образца, 25Результат этого испытания также показан в табл. 2,Критериями оценки возникновенияржавчины были следующие: О - ржавчинане наблюдалась, о - до некоторой степени 30отмечалась ржавчина, х - отмечалась серьезная ржавчина,Жаростойкость исследована испытанием на высокотемпературное окисление, которое заключается в нагреве каждого 35образца до 60 С на открытом воздухе; ивизуального контроля состояния окисленияповерхности каждого образца после нагрева для оценки стойкости каждого образца к окислению при высоких температурах.Критерии оценки состояния окисления следующие: О - окисление не отмечалось, о - окисление до некоторой степени, х - отмечено серьезное окисление,Как было описано, сплав на железной основе, способный восстанавливать форму, коррозионную стойкость и жаростойкость, можно применять для соединения труб, различных крепежных устройств и т.па также в качестве биоматериала, причем он позволяет снизить производственные расходы и, следовательно, получить эффекты, полезные для промышленности. Формула изобретенияСплав на основе железа с эффектом памяти формы, содержащий кремний и хром,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения коррозионной стойкости и жа-.ростойкости при сохранении уровня восстанавливаемой деформации не менее 70%,сплав дополнительно содержит по меньшеймере один компонент из группы; марганец,никель, кобальт, медь и азот при следующемсоотношении компонентов, мас.%:Хром 5,3 - 20,0Кремний 2,4-7,6По меньшей мере один элемент из группыМарганец 0,1 - 14,8Никель 1,1-20,0Кобальт 1,0-30,0Медь 0,6-2,8Азот 0,002 - 0,378Железо Остальноепричем й + 0,5 Мп + 0,4 Со + 0,06 Сц +1741611 10 Таблица 2 Примечание, Критоказатели; О - степень вассосстановления., формы от 30 д едактор М.Недолуженко лии оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгоро гарина. 101 Заказ 2095 ВНИИПИ Гос риями оценки свойства восстанавливать форму были следукнциеновления ". фоомы по райней мере 70 ОО; о - степеньниже 70; х - степень восстановления формы ниже 30 оь,оставитель О.Сидороваехред М.Моргентал Корректс Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при Г 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5,