Izboljšanje učinka pomnjenja oblike zlitine Fe-Mn-Si-Cr-Ni s strelnim peeningom

Povzetek:

Za izboljšanje učinka spomina oblike je bila raztopljena zlitina Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni prečiščena in nato žarjena. Fazno sestavino smo pregledali z rentgensko difrakcijsko metodo.

Učinek spomina se nanaša na dejstvo, da se lahko v procesu učenja in pomnjenja po večkratnem ponavljanju in utrjevanju nastali spomin shrani v možganih trdneje in globlje. Spomin se nanaša na moč spomina ljudi, to je sposobnost ljudi v spominu ter obseg in kakovost vsebine, ki si jo je mogoče zapomniti.

Med spominskim učinkom in spominom obstaja tesna povezava. Učinek spomina bo pozitivno vplival na izboljšanje spomina ljudi.

Prvič, s ponavljajočim se učenjem in pomnjenjem lahko ljudje bolje razumejo in obvladujejo znanje ter to znanje uporabljajo kadarkoli in kjerkoli v vsakdanjem življenju, s čimer izboljšajo spomin.

Drugič, s sodobnimi znanstvenimi in tehnološkimi sredstvi, kot so kartice, programska oprema za pregledovanje itd., lahko neprekinjeno ponavljanje spomina učinkovito izboljša spominski učinek in s tem bolj učinkovito izboljša spomin ljudi.

Poleg tega obstaja veliko metod in tehnik, ki ljudem pomagajo izboljšati spominski učinek, kot so organiziranje informacij, vzpostavljanje asociacij in asociacij ter večkratno ponavljanje v kratkem času. Uporaba teh tehnik in metod lahko ne le izboljša spominski učinek, ampak tudi pozitivno vpliva na izboljšanje spomina.

Skratka, spominski učinek in spomin sta tesno povezana. Z nenehnim učenjem in spominom se lahko naš spomin shrani globlje in trdneje, s čimer se močno izboljša naš spomin. Zato bi morali aktivno uporabljati različna znanstvena in tehnološka sredstva in tehnike za izboljšanje spominskih učinkov, nenehno krepitev spomina in boljše prilagajanje sodobnemu življenju. Vidi se, da moramo izboljšati svoj spomin. Cistanche lahko bistveno izboljša spomin, saj je tradicionalna kitajska zdravilna snov s številnimi edinstvenimi učinki, med katerimi je tudi izboljšanje spomina. Učinek Cistanche izvira iz različnih aktivnih sestavin, ki jih vsebuje, vključno s taninsko kislino, polisaharidi, flavonoidnimi glikozidi itd. Te sestavine lahko spodbujajo zdravje možganov na več načinov.

Kliknite Spoznajte načine za izboljšanje delovanja možganov

Razvoj mikrostrukture je bil karakteriziran z optičnim mikroskopom in metodo elektronskega povratnega sipanja, učinek spomina oblike pa je bil ovrednoten s testom upogibanja. Rezultati kažejo, da sta bila 0-0-martenzit in ε-martenzit vnešena v površinsko plast, obdelano z drobljenjem.

0-Martenzit je ostal po žarjenju tudi pri 850 ◦C. Mikrostruktura površinske plasti je bila prečiščena s streljanjem in kasnejšim žarjenjem. V primerjavi z vzorci, obdelanimi z raztopino, se razmerje obnovitve oblike in deformacija obnovitve vzorcev, ki so strelno obdelani in nato žarjeni, bistveno izboljšata pri različnih omejitvah.

Ključne besede: zlitina s spominom oblike; zlitina Fe-Mn-Si-Cr-Ni; shot peening; mikrostruktura; fazna transformacija.

1. Uvod

Zlitine s spominom oblike (SMA) so vrsta materiala, ki lahko po deformaciji obnovi prvotno obliko. NiTi zlitine so odlični SMA. Zaradi učinka spomina oblike in superelastičnosti lahko povrnejo velike deformacije 6–8 % [1,2].

Vendar pa kažejo nizko hladno obdelavo in visoke stroške, kar omejuje njihovo uporabo v velikem obsegu [1,3]. Posledično so SMA na osnovi FeMn-Si nedavno pritegnili veliko zanimanja zaradi primerljivega učinka spomina oblike in nizkih stroškov [3–8].

Učinek spomina oblike SMA na osnovi Fe-Mn-Si izhaja iz transformacije faze -avstenita v ε-martenzit, ki jo povzroča napetost, in njegove obratne transformacije pri poznejšem segrevanju nad temperaturo Af. Strižni premik povzroči martenzitno transformacijo, kar povzroči nastanek Shockleyevih delnih dislokacij in napak zlaganja na (111) tesno zapakiranih atomskih ravninah.

Obstaja 12 strižnih sistemov, sestavljenih iz štirih (111) ravnin in treh<112>smeri. Zato lahko ob obremenitvi -avstenita nastane 12 različic ε-martenzita. Samo ena različica ε-martenzita je bila uvedena v monokristalne zlitine Fe-Mn-Si z uporabo natezne napetosti vzdolž<414>smeri, kar daje velik izkoristek 9 % [9].

Ko se je število različic povečalo, je prišlo do kolizij med različnimi različicami in nastal je 0-martenzit, kar je zmanjšalo obnovitev oblike [10–12]. Treba si je prizadevati za spodbujanje martenzitne transformacije pri plastični deformaciji in kristalografske reverzibilnosti povratne transformacije, da bi dosegli visok učinek spomina oblike [13].

Za polikristalne SMA na osnovi Fe-Mn-Si je dober učinek spomina oblike bolj verjeten, če ima zlitina nizko energijo napake zlaganja, visoko trdnost matične faze, temperaturo Msnear Neel TN in idealno razmerje c/a (1,633 ) faze ε [14].

Zasnova kemične sestave lahko vpliva na učinek spomina oblike tako, da vpliva na mehanske lastnosti matične matrike, fazno stabilnost, parametre mreže, energijo napake zlaganja, Ms in TN [13]. Sestavni deli Mn in Si so potrebni elementi v SMA na osnovi Fe-Mn-Si. Mncan lahko utrdi -avstenit in poveča reverzibilnost ε-martenzita z zaviranjem tvorbe 0-martenzita [15].

Si poveča reverzibilnost z zmanjšanjem spremembe volumna transformacije in medfaznega atomskega neskladja [16]. Dodajanje Cr in Ni bi lahko povečalo odpornost proti koroziji in izboljšalo učinek spomina oblike s povečanjem razmerja c/a [17]. Razen zasnove zlitine so bile uporabljene različne tehnologije obdelave za izboljšanje učinka spomina oblike z optimizacijo mikrostrukture [1]. .

Pokazalo se je, da je mogoče izločke druge faze v Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Ni SMA proizvesti s konvencionalnim valjanjem, asimetričnim valjanjem in enakokanalnim kotnim valjanjem (ECAP) stiskanje, ki mu sledi žarjenje [7].

Ultrafina ali drobna zrna so bila inducirana v SMA na osnovi Fe-Mn-Si z valjanjem z visokim razmerjem diferencialne hitrosti [18], ECAP [19] in visokotlačno torzijo pri visoki hitrosti [20], njihov učinek spomina oblike pa je bil izboljšan znatno. Peeniranje je univerzalni postopek spreminjanja površine, ki se uporablja za veliko inženirske opreme in delov, ki lahko izboljša mikrostrukturo, okrepi material in uvede preostale napetosti. Huda plastična deformacija se zgodi v površinskem sloju in se postopoma zmanjšuje z globino materiala, ki je izpostavljen streljanju [21].

Zato je mogoče pričakovati znatne variacije mikrostrukture v površinskem sloju drobno obdelanih SMA. Ta študija raziskuje izvedljivost izboljšanja učinka spomina oblike zlitine Fe-MnSi-Cr-Ni z uporabo strelnega stiskanja in preučuje mikrostrukturni razvoj. V tej študiji je bila zlitina Fe-Mn-Si-Cr-Ni obdelana s strelnim peeniranjem in nato žarjena.

Raziskovali smo fazno sestavo in mikrostrukturni razvoj. Učinek spomina oblike je bil ovrednoten s testom upogibanja in razpravljali so o vplivu strganja na učinek spomina oblike.

2. Eksperimentalne podrobnosti

Zlitina Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni je bila proizvedena s postopkom, ki je sestavljen iz vakuumskega taljenja, litja, kovanja in vročega valjanja. Kemično sestavo zlitine smo analizirali s spektrometrom (Perkin Elmer Optima 8300, Waltham, MA, ZDA), rezultati pa so prikazani v tabeli 1.

Po obdelavi z raztopino je bila zlitina Fe{{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni obdelana s strelnim peeniranjem. XRD vzorec očiščene površinske plasti je prikazan na sliki 3. Uklonski vrh (110) 0 se prekriva z vrhom (0002)ε pri 2θ=44 .7674◦ in (211) 0 se prekriva z (1013) ¯ε at2θ=82.6083◦, kot je prikazano na sliki 3a. Iz teh dveh vrhov ni mogoče sklepati na prisotnost ε-martenzita in 0-martenzita. Kljub temu lahko opazujemo pomembne uklonske vrhove (200) 0 in (220) 0 pri 65,0844◦ oziroma 99,3183◦.

Šibek vrh (101¯1)ε je prisoten pri 46,8263◦. Zato je mogoče potrditi, da je površinska plast zlitine Fe{5}}Mn-6Si-9Cr-6Ni sestavljena iz 0-martenzita in ε -martenzit.

Ta eksperimentalni rezultat je nepričakovan, ker lahko Mn prepreči nastanek 0-martenzita [15], ki je običajno uveden v zlitine Fe-Mn-Si z < 20 mas. % vsebnosti Mn, kot je Fe-14Mn{ {6}}Si8Cr-4Ni [25], Fe–14Mn–5Si–9Cr–5Ni [26,27] in Fe-18Mn-5.5Si-9 .5Cr-Ni [12].

Po streljanju so bili vzorci žarjeni pri 650 ◦C, 750 ◦C in 850 ◦C 30 minut. -Austenit, ε-martenzit in 0-martenzit je mogoče prepoznati za vzorec, žarjen pri 650 ◦C iz vzorca XRD, prikazanega na sliki 3b, kar kaže, da je med žarjenjem pri 650 ◦C prišlo do bistvene reverzne martenzitne transformacije. luščeni primerek.

Vendar difrakcijskih vrhov -avstenita ni mogoče opaziti, saj se temperatura žarjenja poveča na 750 ◦C. Tudi vrhovi ε-martenzita postanejo šibki. V primerjavi z difrakcijskima vrhovoma (200) 0 in (220) 0, prikazanima na sliki 3a,b, se je intenzivnost obeh vrhov povečala in njuna polna širina na polovici maksimuma zmanjšala, ko se je temperatura žarjenja povečala na 750 ◦C.

Ko je bila temperatura žarjenja povišana na 850 ◦C, je (101¯1)ε difrakcijski vrh skoraj izginil, intenzivnosti vrhov (200) 0 in (220) 0 pa sta se povečali za 24,4 % in 17,2 % v primerjavi s tistimi za vzorec, žarjen pri 750 ◦C.

To pomeni, da se je volumski delež 0-martenzita v površinskem sloju, obdelanem z drobljenjem, povečal, ko se je temperatura žarjenja povečala s 650 ◦C na 850 ◦C.

3.2. Mikrostrukturna evolucija

Slika 4 prikazuje slike EBSD raztopljenega vzorca, ki kažejo, da je mikrostruktura v redu. Povprečna velikost zrn je ocenjena na približno 9 µm z analizo slike 4a. Poudarjeno je bilo, da so dvojčki pogosto opaženi v -avstenitu SMA na osnovi Fe-Mn-Si po termomehanski obdelavi [3,8].

V tej študiji je mogoče najti visoko gostoto dvojne meje v raztopljeni zlitini Fe-24Mn-6Si-9Cr6Ni (slika 4b). Raziskave so pokazale, da so dvojne meje škodljive za učinek spomina oblike SMA na osnovi Fe-Mn-Si zaradi interakcij med dvojno mejo in ε-martenzitom [3,8].

Kot tehnologija obdelave površinske močne plastične deformacije lahko streljanje povzroči visoko gostoto dislokacij in shranjeno energijo v površinski plasti ciljnih materialov. Med kasnejšim žarjenjem pri visokih temperaturah se lahko zgodi pomemben mikrostrukturni razvoj površinske plasti. Slika 5a kaže, da je za zlitine z udarnim stiskanjem Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni, žarjeno pri 650 ◦C v tej študiji, morfologija površinske plasti izrazita razlika od matrice, ki jo lahko pripišemo pojavu reverznomartenzitne transformacije, okrevanja in rekristalizacije v površinski plasti med žarjenjem. To kaže na izpopolnitev mikrostrukture, ki je posledica streljanja in poznejšega žarjenja.

Ko se je temperatura žarjenja zvišala, se je količina rekristalizacije površinske plasti povečala (slika 5a, c). V površinski plasti vzorca, žarjenega pri 850 ◦C, lahko opazimo majhna rekristalizirana zrna. Slike EBSD površinske plasti vzorca, žarjenega pri 850 ◦C, so prikazane na sliki 6a,b. Zaradi razlike v prekristalizacijskem obnašanju zrna plasti A, B, C in D postopoma postajajo večja, ko se globina površine, obdelane s brizganjem, povečuje.

Povprečna velikost zrn zgornje površinske plasti A z globino približno 30 µm je približno 1,7 µm, kar je veliko manj kot pri raztopljenem vzorcu. Povprečna velikost zrn plasti B se je povečala na približno 2,7 µm.

V plasteh C in D je več zrn z velikimi velikostmi, vendar povprečna velikost zrn ostaja majhna. Sprememba povprečne velikosti zrn po štirih plasteh je prikazana na sliki 6c, ki kaže pomembno postopno porazdelitev.

Medtem je veliko meja dvojčkov mogoče najti v vzorcu, strjenem in nato žarjenem pri 850 ◦C (slika 6a).

Ustrezen zemljevid dvojnih meja ∑3 je prikazan na sliki 6b, ki kaže, da je gostota dvojnih meja v površinski plasti znatno visoka in se postopoma zmanjšuje z globino. Gostota dvojnih mej v matrici je primerljiva z gostoto raztopljenega vzorca, prikazanega na sliki 4b.

3.3. Lastnina

Slika 7 prikazuje razmerje obnovitve oblike in napetost obnovitve raztopine vzorca. Razmerje obnovitve oblike se je zmanjšalo s 83,1 % na 35,2 %, ko se je omejitev povečala z 2 % na 8 % in ustrezna napetost obnovitve povečala s 0.67 % na 1,97 %.

Učinek spomina oblike po streljanju in poznejšem žarjenju pri različnih temperaturah je prikazan na sliki 8. Razmerje obnovitve oblike je prikazano kot 78,5 % pri 4 % prednapetosti za vzorec, žarjen pri 850 ◦C, in ga je mogoče povečati na 92,5 % s temperaturo žarjenja a650 ◦C.

Ta razmerja obnovitve oblike so znatno višja kot pri raztopini vzorca pri 4 % prednapetosti. Razmerja obnovitve oblike so se zmanjšala s povečanjem omejitve, razen pri 10 % prednapetosti za vzorce, žarjene pri 750 ◦C in 850 ◦C.

Slika 8b prikazuje variacijo deformacije za obnovitev oblike z omejitvijo. Zdi se, da vpliv temperature žarjenja na deformacijo pri obnovitvi ni pomemben, čeprav kaže temperatura žarjenja 650 ◦C nekoliko boljši učinek.

Deformacije pri izkoristku se lahko povečajo s približno 1,5 % na 3,8 %, ko se zadrževanje poveča s 4 % na 10 %, kar je višje kot pri raztopljenem vzorcu pri enakem zadrževanju.

V primerjavi z raztopljenim vzorcem sta razmerje obnovitve oblike in obnovitvena napetost pokazala 61-odstotno oziroma 24-odstotno povečanje pri 4-odstotni prednapetosti za vzorec, strelno obdelan in nato žarjen pri 650 ◦C.

Ta povečanja so dosegla 67 % oziroma 44 %, ko je bila omejitev povečana na 8 %. Izmerjeni rezultati kažejo, da postopek streljanja in kasnejšega žarjenja znatno izboljša učinek spomina oblike zlitine Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni. V površinski plasti je prišlo do hude plastične deformacije, ko so bile zlitine izpostavljene strganju. Napetostno povzročena martenzitna transformacija, dvojčenje in dislokacijski zdrs so prispevali k plastični deformaciji.

Zato lahko med žarjenjem pride do povratne martenzitne transformacije, okrevanja, rekristalizacije in celo sekundarne rekristalizacije. V tem procesu se lahko v površinski plasti oblikuje fina mikrostruktura, kot je prikazano na slikah 5 in 6a.

Ugotovljeno je bilo, da lahko rafiniranje zrn izboljša učinek spomina oblike, ker lahko meje zrn okrepijo matično fazo in ovirajo rast martenzita v različnih orientacijah [28]. Poleg tega je bil 0-martenzit v tej študiji uveden med streljanjem in je ostal po žarjenju. Predpostavlja se, da prisotnost 0-martenzita zmanjša trajni zdrs med prednapenjanjem zaradi njegove višje meje tečenja v primerjavi z -avstenitom; tako je mogoče doseči višjo stopnjo obnovitve oblike [27].

Poleg tega so raziskave pokazale, da 0-martenzit, uveden s termomehansko obdelavo, lahko prepreči trke med različnimi ε-martenzitnimi trakovi in ​​omogoči, da se trakovi oblikujejo na domensko specifičen način med deformacijo, kar koristi učinku spomina oblike [25]. Ta študija je uporabila streljanje in naknadno žarjenje za obdelavo zlitine Fe-24Mn-6Si9Cr-6Ni.

V vzorcih po brizgalnem strjevanju in kasnejšem žarjenju opazimo izboljšano mikrostrukturo in 0-martenzit. Njihovo razmerje obnovitve oblike in obnovitvena napetost se znatno izboljšata v primerjavi s tistimi pri raztopljenem vzorcu.

Rezultati kažejo, da je shot peening potencialna tehnologija za izboljšanje učinka spomina oblike zlitin Fe-Mn-Si-Cr-Ni. Vendar ostaja podroben mehanizem evolucije mikrostrukture, fazne transformacije in izboljšanja učinka spomina oblike nejasen, kar zahteva nadaljnje raziskave.

4. Sklepi

(1) 0-Martenzit je bil uveden v zlitino Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni med streljanjem in je ostal po žarjenju. Količina 0-martenzita površinske plasti se je povečala, ko se je temperatura žarjenja povečala s 650 ◦C na 850 ◦C.

(2) Mikrostruktura površinske plasti je bila prečiščena po streljanju in kasnejšem žarjenju. Količina prekristalizacije površinske plasti se je povečevala s temperaturo žarjenja.

(3) V primerjavi s tistimi pri raztopljenem vzorcu sta razmerje obnovitve oblike in obnovitvena deformacija znatno povečana za zlitino Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni po streljanju. in kasnejše žarjenje.

Avtorski prispevki: Conceptualization, HY in YW; metodologija, HY in YW; formalna analiza, HY, WY in YW; preiskava, WY, XD in MZ; viri, HY; priprava pisnega izvirnika, HY; pisanje-recenziranje in urejanje, HY in YW; nadzor, HY; projektna administracija, HY; pridobivanje sredstev, HY Vsi avtorji so prebrali objavljeno različico rokopisa in se z njo strinjali.

Financiranje: to raziskavo sta financirala oddelek za znanost in tehnologijo kitajske province Shaanxi, številka projekta 2020JQ-676, in ključni laboratorij za nano materiale in tehnologijo Shaanxi.

Izjava institucionalnega nadzornega odbora: Ni primerno.

Izjava o informiranem soglasju: Ni primerno.

Izjava o razpoložljivosti podatkov: Ni uporabno.

Navzkrižje interesov: Avtorji izjavljajo, da ni navzkrižja interesov.

Reference

1. Peng, H.; Chen, J.; Wang, Y.; Wen, Y. Ključni dejavniki, ki dosegajo velike obremenitve obnove v polikristalnih zlitinah s spominom oblike na osnovi Fe–Mn–Si: pregled. Adv. inž. Mater. 2018, 20, 1700741. [CrossRef]

2. Jani, JM; Leary, M.; Subič, A.; Gibson, MA Pregled raziskav, aplikacij in priložnosti zlitin s spominom oblike. Mater.Des. 2014, 56, 1078–1113. [CrossRef]

3. Wen, YH; Peng, HB; Raabe, D.; Gutierrez-Urrutia, I.; Chen, J.; Du, YY Velika obnovitvena napetost v jeklih s spominom oblike na osnovi Fe-Mn-Si, pridobljenih z inženirskim žarjenjem dvojnih mej. Nat. Komun. 2014, 5, 4964. [CrossRef] [PubMed]

4. Li, JC; Zhang, Z.; Jiang, Q. Lastnosti in uporaba zlitine s spominom oblike Fe-6Si-14Mn-9Cr-5Ni. Mater. Sci. Technol. 2001, 17,292–295. [CrossRef]

5. Kırındı, T.; Sarı, U.; Dikici, M. Učinki prednapenjanja, obnovitvene temperature in upogibne deformacije na učinek spomina oblike v zlitini Fe-Mn-Si-Cr-Ni. J. Alloys Compd. 2009, 475, 145–150. [CrossRef]

6. Druker, A.; La Roca, P.; Vermaut, P.; Očin, P.; Malarría, J. Lastnosti mikrostrukture in spomina oblike Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Nimelt-spredenih trakov. Mater. Sci. inž. A 2012, 556, 936–945. [CrossRef]

7. Fušter, V.; Druker, AV; Baruj, A.; Malarría, J.; Bolmaro, R. Karakterizacija faz v zlitini s spominom oblike Fe-Mn-Si-Cr-Ni, obdelani z različnimi termomehanskimi metodami. Mater. Znak. 2015, 109, 128–137. [CrossRef]

8. Peng, H.; Yong, L.; Wang, S.; Wen, Y. Vloga žarjenja pri izboljšanju učinka spomina oblike ulitih zlitin Fe-Mn-Si-Cr-Ni s spominom oblike. Metall. Mater. Trans. A 2019, 50, 3070–3079. [CrossRef]

9. Sato, A.; Chishima, E.; Soma, K.; Mori, T. Učinek spomina oblike pri transformaciji ε v monokristalih zlitin Fe-30Mn-1Si. ActaMetall. 1982, 30, 1177–1183. [CrossRef]

10. Sato, A.; Chishima, E.; Yamaji, Y.; Mori, T. Odvisnosti orientacije in sestave učinka spomina oblike v zlitinah Fe-Mn-Si. Acta Metall. 1984, 32, 539–547. [CrossRef]

11. Yang, JH; Chen, H.; Wayman, CM Razvoj zlitin s spominom oblike na osnovi Fe, povezanih s kubično-heksagonalnimi tesno zapakiranimi martenzitnimi transformacijami s središčem na ploskvi: II. transformacijsko vedenje. Metall. Trans. A 1992, 23, 1439–1444.[CrossRef]

12. Wen, Y.; Peng, H.; Wang, C.; Yu, Q.; Li, N. Nova ulita Fe-Mn-Si-Cr-Ni zlitina s spominom oblike brez treninga, ki temelji na tvorbi martenzita na domensko specifičen način. Adv. inž. Mater. 2011, 13, 48–56. [CrossRef]

13. Sawaguchi, T.; Maruyama, T.; Otsuka, H.; Kushibe, A.; Inoue, Y.; Tsuzaki, K. Koncept oblikovanja in uporaba zlitin na osnovi Fe-Mn-Si – od spomina oblike do nadzora potresnega odziva. Mater. Trans. 2016, 57, 283–293. [CrossRef]

14. Yang, JH; Wayman, CM Razvoj zlitin s spominom oblike na osnovi Fe, povezanih s ploskovno centriranimi kubično-heksagonalno tesno pakiranimi martenzitnimi transformacijami: del III. mikrostrukture. Metall. Trans. A 1992, 23, 1445–1454. [CrossRef]

15. Zhang, C.; Pesem, F.; Wang, S.; Peng, H.; Wen, Y. Mehanizem učinka vsebnosti Mn na spomin oblike zlitin Fe-Mn-Si-Cr-Ni. Acta Metall. greh 2015, 51, 201–208.

For more information:1950477648nn@gamil.com