Poboljšanje učinka pamćenja oblika Fe-Mn-Si-Cr-Ni legure kroz sačmarenje

Sažetak:

Kako bi se poboljšao učinak pamćenja oblika, legura Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni u otopini je otopljena i zatim žarena. Fazni sastav ispitan je metodom difrakcije X-zraka.

Učinak pamćenja odnosi se na činjenicu da se u procesu učenja i pamćenja, nakon opetovanog ponavljanja i konsolidacije, formirana memorija može čvršće i dublje pohraniti u mozak. Pamćenje se odnosi na snagu pamćenja ljudi, odnosno sposobnost pamćenja ljudi te opseg i kvalitetu sadržaja koji se može zapamtiti.

Postoji bliska veza između efekta pamćenja i pamćenja. Učinak pamćenja pozitivno će utjecati na poboljšanje pamćenja ljudi.

Prvo, ponavljanim učenjem i pamćenjem ljudi mogu bolje razumjeti i ovladati znanjem te koristiti to znanje bilo kada i bilo gdje u svakodnevnom životu, čime se poboljšava pamćenje.

Drugo, putem suvremenih znanstvenih i tehnoloških sredstava, kao što su flash kartice, softver za pregled, itd., kontinuirano ponavljanje pamćenja može učinkovito poboljšati učinak pamćenja, čime se učinkovitije poboljšava pamćenje ljudi.

Osim toga, postoje mnoge metode i tehnike koje pomažu ljudima poboljšati učinak pamćenja, poput organiziranja informacija, uspostavljanja asocijacija i asocijacija te višestrukih ponavljanja u kratkom razdoblju. Primjena ovih tehnika i metoda može ne samo poboljšati učinak pamćenja, već i pozitivno utjecati na poboljšanje pamćenja.

Ukratko, učinak pamćenja i pamćenje usko su povezani. Kontinuiranim učenjem i pamćenjem naše se pamćenje može pohraniti dublje i čvršće, čime se značajno poboljšava naše pamćenje. Stoga trebamo aktivno koristiti različita znanstvena i tehnološka sredstva i tehnike za poboljšanje učinaka pamćenja, kontinuirano jačanje pamćenja i bolju prilagodbu suvremenom životu. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje. Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer je tradicionalni kineski ljekoviti materijal s brojnim jedinstvenim učincima, a jedno od njih je poboljšanje pamćenja. Učinak Cistanche proizlazi iz različitih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide itd. Ovi sastojci mogu promicati zdravlje mozga na mnogo načina.

Kliknite znati načine poboljšanja funkcije mozga

Razvoj mikrostrukture karakteriziran je pomoću optičkog mikroskopa i metode elektroničke povratne difrakcije, a učinak pamćenja oblika procijenjen je pomoću testa savijanja. Rezultati pokazuju da su 0-0-martenzit i ε-martenzit uvedeni u površinski sloj sačmarom.

0-Martenzit je ostao nakon žarenja čak i na 850 ◦C. Mikrostruktura površinskog sloja je pročišćena kroz sačmarenje i naknadno žarenje. U usporedbi s otopljenim uzorkom, omjer oporavka oblika i naprezanje oporavka kod uzoraka koji su očišćeni sačmom i naknadno žareni značajno su poboljšani pri različitim ograničenjima.

Ključne riječi: legura s pamćenjem oblika; Fe-Mn-Si-Cr-Ni legura; sačmarenje; mikrostruktura; fazna transformacija.

1. Uvod

Legure s pamćenjem oblika (SMA) vrsta su materijala koji mogu vratiti svoj izvorni oblik nakon deformacije. NiTi legure su izvrsni SMA. Mogu oporaviti velika naprezanja od 6-8% zbog efekta pamćenja oblika i superelastičnosti [1,2].

Međutim, oni pokazuju nisku mogućnost obrade u hladnom stanju i visoku cijenu, što ograničava njihovu primjenu u velikim razmjerima [1,3]. Posljedično, SMA na bazi FeMn-Si nedavno su privukli značajan interes zbog svog usporedivog učinka pamćenja oblika i niske cijene [3-8].

Učinak pamćenja oblika SMA-ova na bazi Fe-Mn-Si rezultat je transformacije faze -austenita u ε-martenzit izazvane naprezanjem i njegove obrnute transformacije pri naknadnom zagrijavanju iznad temperature Af. Smični pomak uzrokuje martenzitnu transformaciju, što rezultira stvaranjem Shockleyevih parcijalnih dislokacija i grešaka slaganja na (111) tijesno pakiranim atomskim ravninama.

Postoji 12 sustava smicanja koji se sastoje od četiri (111) ravnine i tri<112>pravcima. Stoga se može formirati 12 varijanti ε-martenzita kada se optereti -austenit. Samo je jedna varijanta ε-martenzita uvedena u monokristalne legure Fe-Mn-Si korištenjem vlačnog naprezanja primijenjenog duž<414>smjeru, dajući veliku deformaciju oporavka od 9% [9].

Došlo je do sudara između različitih varijanti kako se broj varijanti povećavao, a nastao je 0-martenzit, smanjujući oporavak oblika [10-12]. Treba uložiti napore u promoviranje martenzitne transformacije na plastičnoj deformaciji i kristalografske reverzibilnosti reverzne transformacije kako bi se postigao visok učinak pamćenja oblika [13].

Za polikristalne SMA na bazi Fe-Mn-Si, dobar učinak pamćenja oblika je vjerojatniji ako legura ima nisku energiju greške pri slaganju, visoku čvrstoću matične faze, Msnear Neel temperaturu TN i idealan omjer c/a (1,633 ) ε faze [14].

Dizajn kemijskog sastava može utjecati na učinak pamćenja oblika utječući na mehanička svojstva matične matrice, faznu stabilnost, parametre rešetke, energiju greške pri slaganju, Ms i TN [13]. Sastojci Mn i Si neophodni su elementi u SMA na bazi Fe-Mn-Si. Mnca može očvrsnuti -austenit i povećati reverzibilnost ε-martenzita inhibicijom stvaranja 0-martenzita [15].

Si povećava reverzibilnost smanjenjem promjene volumena transformacije i međupovršinske atomske neusklađenosti [16]. Dodavanje Cr i Ni moglo bi povećati otpornost na koroziju i poboljšati učinak pamćenja oblika povećanjem omjera c/a [17]. Osim za dizajn legure, različite tehnologije obrade korištene su za poboljšanje učinka pamćenja oblika optimizacijom mikrostrukture [1] .

Naznačeno je da se precipitati druge faze u Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Ni SMA mogu proizvesti konvencionalnim valjanjem, asimetričnim valjanjem i jednakokanalnim kutnim (ECAP) prešanje nakon čega slijedi žarenje [7].

Ultrafina ili fina zrna inducirana su u SMA-ovima na bazi Fe-Mn-Si putem valjanja diferencijalne brzine visokog omjera [18], ECAP-a [19] i torzije velike brzine pod visokim pritiskom [20], a njihov učinak pamćenja oblika je poboljšan značajno. Peening je univerzalni proces modifikacije površine koji se koristi za mnogu inženjersku opremu i dijelove, koji može poboljšati mikrostrukturu, ojačati materijal i unijeti zaostalo naprezanje. Teška plastična deformacija događa se u površinskom sloju i postupno se smanjuje s dubinom materijala podvrgnutog sačmarenju [21].

Stoga se mogu očekivati ​​značajne varijacije mikrostrukture u površinskom sloju sačmarenih SMA. Ova studija istražuje izvedivost poboljšanja učinka pamćenja oblika legure Fe-MnSi-Cr-Ni korištenjem sačmarenja i ispituje mikrostrukturnu evoluciju. U ovoj studiji, legura Fe-Mn-Si-Cr-Ni je obrađena sačmom i zatim žarena.

Istraživan je fazni sastav i mikrostrukturna evolucija. Učinak pamćenja oblika procijenjen je pomoću testa savijanja, a raspravljalo se o utjecaju sačmarenja na učinak pamćenja oblika.

2. Eksperimentalni detalji

Legura Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni proizvedena je postupkom koji se sastoji od vakuumskog taljenja, lijevanja, kovanja i vrućeg valjanja. Kemijski sastav legure analiziran je pomoću spektrometra (Perkin Elmer Optima 8300, Waltham, MA, SAD), a rezultati su prikazani u tablici 1.

Nakon obrade otopinom, legura Fe{{0}}Mn-6Si-9Cr-6Ni je očišćena sačmom. XRD uzorak očišćenog površinskog sloja prikazan je na slici 3. Difrakcijski vrh (110) 0 preklapa se s onim (0002)ε na 2θ=44 .7674◦, a (211) 0 preklapa se s (1013) ¯ε at2θ=82.6083◦, kao što je prikazano na slici 3a. Prisutnost ε-martenzita i 0-martenzita ne može se zaključiti iz ova dva pika. Unatoč tome, značajni difrakcijski vrhovi (200) 0 i (220) 0 mogu se uočiti na 65,0844◦ odnosno 99,3183◦.

Slabi vrh od (101¯1)ε prisutan je na 46,8263◦. Stoga se može potvrditi da se površinski sloj sačmarene legure Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni sastoji od 0-martenzita i ε -martenzit.

Ovaj eksperimentalni rezultat je neočekivan jer Mn može spriječiti stvaranje 0-martenzita [15], koji se obično uvodi u Fe-Mn-Si legure s < 20 wt% sadržaja Mn, kao što je Fe-14Mn{ {6}}Si8Cr-4Ni [25], Fe–14Mn–5Si–9Cr–5Ni [26,27] i Fe-18Mn-5.5Si-9 .5Cr-Ni [12].

Nakon sačmarenja, uzorci su žareni na 650 ◦C, 750 ◦C i 850 ◦C tijekom 30 minuta. -austenit, ε-martenzit i 0-martenzit mogu se identificirati za uzorak žaren na 650 ◦C iz XRD uzorka prikazanog na slici 3b, što ukazuje da je došlo do značajne reverzne martenzitne transformacije tijekom žarenja na 650 ◦C za peened primjerak.

Međutim, difrakcijski vrhovi -austenita ne mogu se uočiti jer se temperatura žarenja povećava na 750 ◦C. Vrhovi ε-martenzita također postaju slabi. U usporedbi s difrakcijskim vrhovima (200) 0 i (220) 0 prikazanim na slici 3a,b, intenzitet dvaju vrhova se povećao, a njihova puna širina na pola maksimuma smanjila se kako se temperatura žarenja povećala na 750 ◦C.

Kada je temperatura žarenja povećana na 850 ◦C, difrakcijski vrh (101¯1)ε gotovo je nestao, a intenziteti vrhova (200) 0 i (220) 0 porasli su za 24,4% i 17,2%, respektivno, u usporedbi s onima od uzorka žarenog na 750 ◦C.

To implicira da se volumni udio 0-martenzita u površinskom sloju sačmarom povećao kada se temperatura žarenja povećala sa 650 ◦C na 850 ◦C.

3.2. Mikrostrukturna evolucija

Slika 4 prikazuje EBSD slike rastvorenog uzorka, što pokazuje da je mikrostruktura u redu. Analizom slike 4a srednja veličina zrna procijenjena je na približno 9 µm. Istaknuto je da se blizanci obično opažaju u -austenitu SMA na bazi Fe-Mn-Si nakon termomehaničke obrade [3,8].

U ovoj studiji, velika gustoća granice blizanaca može se naći u otopini Fe-24Mn-6Si-9Cr6Ni legure (slika 4b). Istraživanja su pokazala da su dvostruke granice štetne za učinak pamćenja oblika SMA na bazi Fe-Mn-Si zbog interakcija između dvostruke granice i ε-martenzita [3,8].

Kao tehnologija obrade površinske teške plastične deformacije, sačmarenje može uvesti visoku gustoću dislokacija i pohranjenu energiju u površinski sloj ciljnih materijala. Značajna mikrostrukturna evolucija površinskog sloja može se dogoditi tijekom naknadnog žarenja na visokim temperaturama. Za sačmasto peeniranu Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni leguru žarenu na 650 ◦C u ovoj studiji, slika 5a pokazuje da morfologija površinskog sloja pokazuje značajna razlika u odnosu na matricu, koja se može pripisati pojavi reverzne martenzitne transformacije, oporavka i rekristalizacije u površinskom sloju tijekom žarenja. Ovo ukazuje na pročišćavanje mikrostrukture rezultat peeniranja i naknadnog žarenja.

Kako se temperatura žarenja povećavala, količina rekristalizacije površinskog sloja se povećavala (Slika 5a,c). U površinskom sloju uzorka žarenog na 850 ◦C mogu se vidjeti rekristalizirana zrnca male veličine. EBSD slike površinskog sloja uzorka žarenog na 850 ◦C prikazane su na slici 6a,b. Zbog razlike u rekristalizacijskom ponašanju, zrna slojeva A, B, C i D postupno postaju veća kako se povećava dubina sačmarene površine.

Srednja veličina zrna gornjeg površinskog sloja A s dubinom od približno 30 µm je približno 1,7 µm, što je puno manje od veličine otopine uzorka. Srednja veličina zrna sloja B povećala se na približno 2,7 µm.

Postoji nekoliko zrna velikih veličina u slojevima C i D, ali srednja veličina zrna ostaje mala. Varijacije srednjih veličina zrna kroz četiri sloja ilustrirane su na slici 6c, pokazujući značajnu postupnu distribuciju.

U međuvremenu, mnoge dvostruke granice mogu se naći u uzorku koji je očišćen i naknadno žaren na 850 ◦C (Slika 6a).

Odgovarajuća karta ∑3 granica blizanaca prikazana je na slici 6b, pokazujući da je gustoća granica blizanaca značajno visoka u površinskom sloju i postupno opada s dubinom. Gustoća dvostrukih granica u matrici usporediva je s gustoćom rastvorenog uzorka prikazanog na slici 4b.

3.3. Vlasništvo

Slika 7 prikazuje omjer povraćaja oblika i naprezanje oporavka otopinskog uzorka. Omjer oporavka oblika smanjio se s 83,1% na 35,2% kada je ograničenje poraslo s 2% na 8%, a odgovarajuća deformacija oporavka porasla s 0.67% na 1,97%.

Učinak pamćenja oblika nakon sačmarenja i naknadnog žarenja na različitim temperaturama prikazan je na slici 8. Pokazalo se da je omjer oporavka oblika 78,5% pri 4% prednaprezanja za uzorak žaren na 850 ◦C, a može se povećati na 92,5 % uz temperaturu žarenja od a650 ◦C.

Ovi omjeri oporavka oblika znatno su viši od onog u otopini uzorka s 4% prednaprezanja. Omjeri oporavka oblika smanjivali su se s povećanjem ograničenja osim kod 10% prednaprezanja za uzorke žarene na 750 ◦C i 850 ◦C.

Slika 8b prikazuje varijaciju naprezanja za oporavak oblika sa ograničenjem. Čini se da utjecaj temperature žarenja na deformaciju oporavka nije značajan, iako temperatura žarenja od 650 ◦C pokazuje nešto bolji učinak.

Naprezanja oporavka mogu se povećati s približno 1,5% na 3,8% kako se ograničenje povećava s 4% na 10%, što je više od one kod otopine uzorka pri istom ograničenju.

U usporedbi s otopljenim uzorkom, omjer oporavka oblika i deformacija oporavka pokazali su povećanje od 61%, odnosno 24% pri prethodnom naprezanju od 4% za uzorak koji je mlazom peen i zatim žaren na 650 ◦C.

Ti su porasti dosegli 67% odnosno 44%, kada je ograničenje povećano na 8%. Izmjereni rezultati pokazuju da proces sačmarenja i kasnijeg žarenja značajno poboljšava učinak pamćenja oblika legure Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni. Došlo je do ozbiljne plastične deformacije u površinskom sloju kada su legure bile podvrgnute sačmarenju. Naprezanjem inducirana martenzitna transformacija, dvojničenje i klizanje dislokacija pridonijeli su plastičnoj deformaciji.

Stoga se tijekom žarenja može dogoditi reverzna martenzitna transformacija, obnavljanje, rekristalizacija, pa čak i sekundarna rekristalizacija. U ovom procesu može se formirati fina mikrostruktura u površinskom sloju, kao što je prikazano na slikama 5 i 6a.

Uočeno je da pročišćavanje zrna može poboljšati učinak pamćenja oblika jer granice zrna mogu ojačati matičnu fazu i spriječiti rast martenzita u različitim orijentacijama [28]. Osim toga, 0-martenzit je uveden tijekom sačmarenja i ostao je nakon žarenja u ovoj studiji. Pretpostavlja se da prisutnost 0-martenzita smanjuje trajno klizanje tijekom prednaprezanja zbog njegove veće granice razvlačenja u usporedbi s onom -austenita; stoga se može postići viši stupanj oporavka oblika [27].

Štoviše, istraživanje je pokazalo da 0-martenzit uveden korištenjem termomehaničke obrade može spriječiti sudare između različitih vrpci ε-martenzita i učiniti da se vrpce formiraju na način specifičan za domenu tijekom deformacije, pogodujući učinku pamćenja oblika [25]. Ova je studija koristila sačmarenje i naknadno žarenje za obradu legure Fe-24Mn-6Si9Cr-6Ni.

Pročišćavanje mikrostrukture i 0-martenzit uočeni su u uzorcima nakon sačmarenja i naknadnog žarenja. Njihov omjer oporavka oblika i naprezanje oporavka značajno se poboljšavaju u usporedbi s onim otopinom uzorka.

Rezultati pokazuju da je shot peening potencijalna tehnologija za poboljšanje učinka pamćenja oblika Fe-Mn-Si-Cr-Ni legura. Međutim, detaljan mehanizam evolucije mikrostrukture, fazne transformacije i poboljšanja efekta pamćenja oblika ostaje nejasan, što zahtijeva daljnja istraživanja.

4. Zaključci

(1) 0-martenzit je uveden u Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni leguru tijekom sačmarenja i ostao je nakon žarenja. Količina 0-martenzita površinskog sloja povećala se kada je temperatura žarenja porasla sa 650 ◦C na 850 ◦C.

(2) Mikrostruktura površinskog sloja je pročišćena nakon sačmarenja i naknadnog žarenja. Količina rekristalizacije površinskog sloja povećavala se s temperaturom žarenja.

(3) U usporedbi s otopljenim uzorkom, omjer oporavka oblika i deformacija oporavka značajno su povećani za Fe-24Mn-6Si-9Cr-6Ni leguru nakon sačmarenja i naknadno žarenje.

Autorski doprinosi: Konceptualizacija, HY i YW; metodologija, HY i YW; formalna analiza, HY, WY i YW; istraga, WY, XD i MZ; resursi, HY; pisanje-originalna priprema nacrta, HY; pisanje-recenzija i uređivanje, HY i YW; nadzor, HY; projektna administracija, HY; prikupljanje sredstava, HY Svi su autori pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.

Financiranje: ovo istraživanje financirao je Odjel za znanost i tehnologiju provincije Shaanxi u Kini, broj projekta 2020JQ-676, i ključni laboratorij za nano materijale i tehnologiju u Shaanxiju.

Izjava institucionalnog odbora za reviziju: Nije primjenjivo.

Izjava o informiranom pristanku: Nije primjenjivo.

Izjava o dostupnosti podataka: Nije primjenjivo.

Sukob interesa: Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Reference

1. Peng, H.; Chen, J.; Wang, Y.; Wen, Y. Ključni čimbenici postizanja velikih deformacija oporavka u polikristalnim legurama s memorijom oblika na bazi Fe–Mn–Si: pregled. Adv. inž. Mater. 2018, 20, 1700741. [CrossRef]

2. Jani, JM; Leary, M.; Šubić, A.; Gibson, MA Pregled istraživanja, primjene i mogućnosti legura s memorijom oblika. Mater.Des. 2014, 56, 1078–1113. [CrossRef]

3. Wen, YH; Peng, HB; Raabe, D.; Gutierrez-Urrutia, I.; Chen, J.; Du, YY Velika deformacija pri oporavku u čelicima s memorijom oblika na bazi Fe-Mn-Si dobivenim inženjeringom žarenjem dvostrukih granica. Nat. Komun. 2014, 5, 4964. [CrossRef] [PubMed]

4. Li, JC; Zhang, Z.; Jiang, Q. Svojstva i primjena Fe-6Si-14Mn-9Cr-5Ni legure s memorijom oblika. Mater. Sci. Technol. 2001, 17, 292–295. [CrossRef]

5. Kırındı, T.; Sarı, U.; Dikici, M. Učinci prednaprezanja, temperature oporavka i deformacije savijanjem na učinak pamćenja oblika u leguri Fe-Mn-Si-Cr-Ni. J. Alloys Compd. 2009, 475, 145–150. [CrossRef]

6. Druker, A.; La Roca, P.; Vermaut, P.; Ochin, P.; Malarría, J. Mikrostruktura i svojstva pamćenja oblika Fe-15Mn-5Si-9Cr-5Nimelt-spun ribbons. Mater. Sci. inž. A 2012, 556, 936–945. [CrossRef]

7. Fuster, V.; Druker, AV; Baruj, A.; Malarría, J.; Bolmaro, R. Karakterizacija faza u Fe-Mn-Si-Cr-Ni leguri s memorijom oblika obrađenoj različitim termomehaničkim metodama. Mater. Karakter. 2015., 109, 128–137. [CrossRef]

8. Peng, H.; Yong, L.; Wang, S.; Wen, Y. Uloga žarenja u poboljšanju učinka pamćenja oblika lijevanih Fe-Mn-Si-Cr-Ni legura s pamćenjem oblika. Metall. Mater. Trans. A 2019, 50, 3070–3079. [CrossRef]

9. Sato, A.; Chishima, E.; Soma, K.; Mori, T. Efekt pamćenja oblika u ε transformaciji u monokristalima legure Fe-30Mn-1Si. ActaMetall. 1982, 30, 1177–1183. [CrossRef]

10. Sato, A.; Chishima, E.; Yamaji, Y.; Mori, T. Ovisnosti o orijentaciji i sastavu efekta pamćenja oblika u legurama Fe-Mn-Si.Acta Metall. 1984, 32, 539–547. [CrossRef]

11. Yang, JH; Chen, H.; Wayman, CM Razvoj legura s pamćenjem oblika na bazi Fe povezanih s plošno centriranim kubično-heksagonalnim martenzitnim transformacijama: Dio II. transformacijsko ponašanje. Metall. Trans. A 1992, 23, 1439–1444.[CrossRef]

12. Wen, Y.; Peng, H.; Wang, C.; Yu, Q.; Li, N. Nova lijevana Fe-Mn-Si-Cr-Ni legura s pamćenjem oblika bez treninga koja se temelji na stvaranju martenzita na domenski specifičan način. Adv. inž. Mater. 2011, 13, 48–56. [CrossRef]

13. Sawaguchi, T.; Maruyama, T.; Otsuka, H.; Kushibe, A.; Inoue, Y.; Tsuzaki, K. Koncept dizajna i primjene legura na bazi Fe-Mn-Si–od memorije oblika do kontrole seizmičkog odgovora. Mater. Trans. 2016, 57, 283–293. [CrossRef]

14. Yang, JH; Wayman, CM Razvoj legura s pamćenjem oblika na bazi Fe povezanih s plošno centriranim kubično-šesterokutnim martenzitnim transformacijama: dio III. mikrostrukture. Metall. Trans. A 1992, 23, 1445–1454. [CrossRef]

15. Zhang, C.; Pjesma, F.; Wang, S.; Peng, H.; Wen, Y. Mehanizam utjecaja sadržaja Mn na pamćenje oblika Fe-Mn-Si-Cr-Ni legura. Acta Metall. Grijeh. 2015, 51, 201–208.

For more information:1950477648nn@gamil.com