Suzuki效应提高FeMnSi基形状记忆合金中ε马氏体逆转变可逆性的机制

It is not clear why the addition of Si can remarkably enhance the reversibility of epsilon martensite reverse transformation in FeMnSi-based shape memory alloys up to date. Based on the summariztion and analysis of domestic and foreign researches and our preliminary studies, we put forward that the solute segregation to stacking faults, i.e.Suzuki effect, is the reason that the addition of Si can remarkably enhance the reversibility of epsilon martensite reverse transformation. To directly prove the above idea experimentally, We will investigate:(1) the width of stacking faults and the degree of solution segregation to stacking faults in FeMn, FeMnSi and FeMnCo alloys and their effects on the reversibility of epsilon martensite reverse transformation;(2) the effect of strengthening austenite matrix on the reversibility of epsilon martensite reverse transformation; (3)the effects of ageing, deformation at room temperature and subsequent annealing as well as defromation at high temperatures on the width of stacking faults and the degree of solution segregation to stacking faults, and their effects on the reversibility of epsilon martensite reverse transformation. This research will not only help us to grasp the key factors influncing the shape memory effect in FeMnSi-based alloys and their action mechanism essentially, but also provide theory guide for developing the other new shape memory alloys with epsilon martensitic transformation.

针对目前Si的加入显著提高FeMnSi基形状记忆合金中ε马氏体逆转变可逆性的机制不明确的问题，本项目在总结分析国内外研究成果及前期研究的基础上，提出溶质原子在堆垛层错区的偏聚（Suzuki效应）是Si显著提高FeMnSi基合金中ε马氏逆转变可逆性的原因。拟通过研究FeMn，FeMnSi和FeMnCo合金中层错的宽度及溶质原子在层错区的偏聚程度，以及基体强化对ε马氏体转变及其逆转变可逆性的影响规律及其机制；时效，室温变形后退火和高温变形对层错宽度和原子在层错区偏聚程度的影响，及其对ε马氏体转变及其逆转变可逆性的影响规律及其机制，从实验上来直接验证明确Si显著提高FeMnSi基合金中ε马氏体逆转变可逆性的机制。本项目的研究不仅将有助于我们从本质上掌握影响FeMnSi基合金形状记忆效应的关键因素及其作用机制，而且也将为开发其它存在ε马氏体转变的新的形状记忆合金提供理论上的指导。

针对目前Si 的加入显著提高FeMn 基合金形状记忆效应的机制不明确的问题，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Si原子在堆垛层错区的偏聚（Suzuki 效应）是其显著提高FeMn基合金形状记忆效应的原因。因为这种偏聚能显著提高应力诱发ε马氏逆转变的可逆性。为从实验上来直接验证明确Si 显著提高FeMn 基合金中ε马氏体逆转变可逆性的机制，明确尽管Co与Si都能降低合金的层错能和Neel温度，但Co的加入不能显著提高FeMn合金的形状记忆效应的原因，本项目研究了不同强化方式（热机械处理和间隙原子）对二元FeMn合金基体的强化及其对应力诱发ε马氏体转变及其逆转变可逆性的影响规律及其作用机制；通过热力学计算了Co和Si的加入对二元FeMn合金ε马氏体转变驱动力的影响规律，及其对合金变形行为的影响及其作用机制；Co和C的复合加入对二元FeMn合金变形行为，应力诱发ε马氏体转变及其逆转变可逆性的影响规律及其作用机制；初步研究了原子在层错区的Suzuki效应，以及时效对Suzuki效应的影响及其对形状记忆效应的影响规律。研究结果表明：基体强化不是Si显著提高FeMnSi 基合金形状记效应的关键因素；Co的加入不能像Si一样显著提高FeMn合金形状记忆效应的原因是其不能像Si一样显著降低合金的Neel温度，进而显著增加ε马氏体转变的化学驱动力，抑制不可恢复的应力诱发热ε马氏体向母相的转变；应力诱发ε马氏体逆转变的可逆性是控制FeMn基合金形状记忆效应的关键，而不是应力诱发ε马氏体的量；发现低应变下Co和C的复合加入能在FeMn合金中获得与FeMnSi基合金相当的形状记忆效应；初步证实了在FeMn合金层错区存在Si和C原子的偏聚，但促进原子偏聚的长时间低温时效对合金形状记忆效应的提高非常微弱。本项目的研究表明：通过合金化显著增加ε马氏体转变的化学驱动力将是新型FeMn基形状记忆合金成分设计的一个重要原则，这也是Si显著提高FeMn基合金形状记忆效应的一个重要原因； Si 的加入显著提高FeMn 基合金的形状记忆效应是否是因为其在层错区的偏聚显著提高了应力诱发ε马氏体逆转变的可逆性所致，还需进一步研究。