退火孪晶界面及其数量对FeMnSi基合金形状记忆效应的影响及控制

针对目前不经特殊处理的变形加工制备的FeMnSi基形状记忆合金可恢复变形量低，及影响其形状记忆效应的关键因素和其影响机制不明确的问题，本项目在总结分析国内外研究成果及前期研究的基础上，提出退火孪晶界面及其数量是影响FeMnSi基合金形状记忆效应的关键因素，而低的孪晶界面数量是获得良好形状记忆效应的条件。拟研究合金层错能、晶粒尺寸、变形加工工艺、B和C元素的加入和第二相的析出对孪晶界面及其数量的影响规律及机制；在此基础上重点研究孪晶界面及其数量对应力诱发ε马氏体形核，长大及其逆转变过程的作用机制，进而明确影响FeMnSi基合金形状记忆效应的关键因素和获得良好形状记忆效应的条件，掌握控制孪晶界面及其数量的方法。本项目的研究将为开发高可恢复变形量的新型FeMnSi基合金奠定成分设计和制备技术的理论基础，为其应用作出贡献。同时也将丰富居于退火孪晶的晶界特征分布优化的晶界工程的研究内容。

变形加工制备的廉价的FeMnSi基形状记忆合金在不经特殊处理的情况下存在可恢复变形量低，以及导致其可恢复变形量低的关键因素和影响机制不明确的问题。为了解决上述问题，本项目在总结分析国内外研究结果的基础上提出退火孪晶界面数量是控制形状记忆效应的关键因素。为了验证上述设想，本项目首先重点研究了退火孪晶界面及其数量对应力诱发ε马氏体形核、长大和其逆转变过程的作用机制。在此基础上，本项目系统研究了显著提高合金形状记忆效应的特殊处理方法，即训练、奥氏体高温形变热处理和热机械处理对退火孪晶界面数量的演化规律的影响，及其与形状记忆效应的关系。此外，本项目还研究了晶粒尺寸、退火孪晶界面和形状记忆效应三者之间的关系；析出Cr23C6和NbC第二相对退火孪晶界面及其数量的影响规律及机制，及其与形状记忆效应的关系；Mn、B和C元素对退火孪晶界面及其数量的影响规律。本项目得到了如下重要结果。大量退火孪晶界面的存在是未经特殊处理的变形加工的FeMnSi基形状记忆合金可恢复变形量低的关键原因。退火孪晶数量的大量减少是上述特殊处理方法显著提高可恢复变形量的主要原因。基于上述结果和晶界工程，通过简单的铸造方法获得了低退火孪晶界面数量的铸造FeMnSi基形状记忆合金。经过进一步退火处理后，该铸造合金实现了7.6%的高可恢复拉伸变形量。晶界和退火孪晶界面的密度随着晶粒尺寸的增加而降低，同时形状记忆效应则随着晶界和退火孪晶界面的密度的降低而提高。形变后时效析出的Cr23C6和NbC第二相均能在原退火孪晶界面处析出，从而显著降低退火孪晶界面数量。这是变形后时效显著提高FeMnSi基形状记忆合金形状记忆效应的原因。通过调整Mn含量、增加C含量或添加B元素来调控FeMnSi基形状记忆合金的退火孪晶界面数量效果不明显。本项目为开发高可恢复变形量的新型FeMnSi基形状记忆合金的成分设计和制备技术指明了方向，即减少或抑制退火孪晶界面的引入。该成果具有重要的科学意义。同时，本项目基于上述成果开发出的高可恢复变形量铸造FeMnSi基形状记忆合金在多个工程领域具有广泛的应用前景，具有重要的工程价值。