本发明属于多晶镍锰镓合金改性方法技术领域；具体涉及一种降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法。
背景技术：
新型铁磁形状记忆合金镍锰镓合金是一种多功能智能材料，不仅具有形状记忆效应、超弹性以及弹热制冷和磁致冷效应，同时还能在磁场作用下产生大的磁感生应变。磁感生应变的实现与孪晶界运动紧密相关，当外加磁场对孪晶界的驱动力大于孪晶界开动的孪生应力时，孪晶界才可以运动从而产生磁感生应变。单晶镍锰镓合金由于没有晶界存在，经过适当处理后的磁感生应变最大可达10％，是磁致伸缩材料terfenol-d输出应变的50倍，同时保持了磁致伸缩材料响应频率高的优点。因此镍锰镓合金作为驱动和传感材料，在航空航天、机械、电子等领域具有良好的应用前景。
单晶镍锰镓合金虽然能够产生大的磁感生应变，但存在制备成本高，成分偏析等问题，不利于推广和应用。虽然多晶镍锰镓合金生产效率高、成本低，但由于晶界阻碍孪晶界运动，造成孪生应力大、产生的磁感生应变极低。
技术实现要素：
本发明针对现有多晶镍锰镓合金由于晶界对孪晶界运动阻力大且训练时容易开裂、从而造成磁感生应变值低的问题，而提供一种降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将多晶镍锰镓合金均匀化处理；
步骤二、再有序化处理后加工成矩形块；
步骤三、在室温下，依次沿矩形块的z轴、y轴、x轴方向进行压缩，所述z轴平行于<001>晶向(即为柱状晶长轴方向)，压缩过程中矩形块的z轴方向的最大应力不超过50mpa，y轴方向的最大应力不超过50mpa，x轴方向的最大应力不超过50mpa；
步骤四、重复步骤三的操作5～10次；
步骤五、在室温下，依次沿矩形块的z轴、y轴方向进行压缩，压缩过程中矩形块的z轴方向的最大应力不超过30mpa，y轴方向的最大应力不超过30mpa；
步骤六、重复步骤五的操作5～20次，即完成对多晶镍锰镓合金孪生应力的降低。
进一步地限定，所述多晶镍锰镓合金中各组分的原子百分数含量：镍48％～50％，锰29％～31％，镓21％～23％。本实施方式使用的多晶镍锰镓合金铸锭制备是使用镍、锰、镓三种纯元素按照成分要求配置合金；其中镍元素和镓元素纯度不低于99.99％(质量百分数)，锰元素纯度不低于99.7％(质量百分数)，采用感应熔炼浇注，浇注于石墨模具，设计合金铸锭尺寸长度小于90mm，宽度小于40mm，厚度在10～20mm。制备的多晶镍锰镓合金的组织为柱状晶组织，在室温条件下为马氏体相。
进一步地限定，步骤一中所述多晶镍锰镓合金均匀化处理是将多晶镍锰镓合金以5～10℃/分钟的速度加热至1000～1050℃，保温24h～48h后随炉缓慢冷却，即完成了均匀化处理。
进一步地限定，步骤二所述的有序化处理是将均匀化处理后的多晶镍锰镓合金以5～10℃/分钟的速度加热至700～750℃，保温2h～10h，再以3～5℃/分钟的速度降温至450～550℃，保温10h～24h后随炉缓慢冷却，即完成了有序化处理。
进一步限定，步骤二所述的矩形块形状为正方体。
进一步限定，步骤三和五所述z轴、y轴、x轴均基于空间直角坐标系设置。
进一步地限定，步骤三中压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为5～45mpa，y轴方向的应力为5～45mpa，x轴方向的应力为5～45mpa。
进一步地限定，步骤五中压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为5～25mpa，y轴方向的应力为5～25mpa。
本发明方法在多晶镍锰镓合金中引入织构，减少晶界对孪晶界运动的制约，减少孪生变体数量，并通过多向交替压缩训练处理，进一步降低孪生应力，解决多晶镍锰镓合金难以产生磁感生应变问题。本发明方法处理后的多晶镍锰镓合金与单晶镍锰镓合金相比，制备简便、成本低，作为驱动和传感材料，在航空航天、机械、电子等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是多晶镍锰镓合金的晶粒图；
图2是多晶镍锰镓合金的反极图；
图3是多晶镍锰镓合金的热分析曲线；
图4是多晶镍锰镓合金训练前的压缩应力-应变曲线；
图5是多晶镍锰镓合金训练后的压缩应力-应变曲线；
图6是沿z、y、x轴方向进行压缩的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式使用的多晶镍锰镓合金铸锭制备是使用镍、锰、镓三种纯元素按照成分要求配置合金，合金成分为(原子百分数)：镍48％，锰31％，镓21％；其中镍元素和镓元素纯度不低于99.99％(质量百分数)，锰元素纯度不低于99.7％(质量百分数)，采用感应熔炼浇注，浇注于石墨模具，设计合金铸锭尺寸长度为80mm，宽度为35mm，厚度为20mm。
本实施方式中降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将上述多晶镍锰镓合金铸锭均匀化处理：以10℃/分钟的速度加热至1000℃，保温24h后随炉缓慢冷却，取出；
步骤二、均匀化处理后的多晶镍锰镓合金再进行有序化处理：以5℃/分钟的速度加热至750℃，保温5h，以4℃/分钟的速度降温至500℃，保温12h后随炉缓慢冷却，取出，加工成边长为5mm正方体形状的块体；
步骤三、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿矩形块的z轴、y轴、x轴方向(见图6)进行压缩，所述z轴平行于<001>晶向(即为柱状晶长轴方向)，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为30mpa，y轴方向的应力为30mpa，x轴方向的应力为30mpa；
步骤四、重复步骤三的操作8次步骤五、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿矩形块的z轴、y轴方向进行压缩，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为30mpa，y轴方向的应力为20mpa；
步骤六、重复步骤五的操作5次，即完成对多晶镍锰镓合金孪生应力的降低。
本实施方式的多晶镍锰镓合金的高温奥氏体晶粒图如图1所示，从图中可以看出镍锰镓合金的组织是粗大的柱状晶组织，该柱状晶组织有利于避免在后续训练过程中发生开裂。图2是取向反极图，从图中可以看出镍锰镓合金柱状晶长轴平行于<001>晶向，即板厚方向平行于<001>晶向。图3是热分析曲线，从图中可以看出室温下多晶镍锰镓合金是完全马氏体状态。
图4是多晶镍锰镓合金在训练处理前的应力-应变曲线，从图中看出训练前没有孪晶运动对应的应力平台产生，孪晶运动应变只有1％，说明只有少量的孪晶开动。图5是多晶镍锰镓合金经训练处理后，沿着板厚方向的应力-应变曲线，从图中看出多晶镍锰镓合金在5mpa下产生明显的孪晶运动应力平台，孪生应力在5mpa，孪晶运动的应变为5％。说明利用该发明可以有效地降低多晶镍锰镓合金孪生应力，为多晶镍锰镓合金产生磁感生应变奠定了基础。
具体实施方式二：本实施方式使用的多晶镍锰镓合金铸锭制备是使用镍、锰、镓三种纯元素按照成分要求配置合金，合金成分为(原子百分数)：镍50％，锰29％，镓21％；其中镍元素和镓元素纯度不低于99.99％(质量百分数)，锰元素纯度不低于99.7％(质量百分数)，采用感应熔炼浇注，浇注与石墨模具，设计合金铸锭尺寸长度为70mm，宽度为30mm，厚度为15mm。
本实施方式中降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将上述多晶镍锰镓合金铸锭均匀化处理：以5℃/分钟的速度加热至1050℃，保温48h后随炉缓慢冷却，取出；
步骤二、均匀化处理后的多晶镍锰镓合金再进行有序化处理：以5℃/分钟的速度加热至700℃，保温10h，以5℃/分钟的速度降温至550℃，保温10h后随炉缓慢冷却，取出，加工成边长为8mm正方体形状的块体；
步骤三、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿矩形块的z轴、y轴、x轴方向(见图6)进行压缩，所述z轴平行于<001>晶向(即为柱状晶长轴方向)，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为45mpa，y轴方向的应力为40mpa，x轴方向的应力为40mpa；
步骤四、重复步骤三的操作10次；
步骤五、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿矩形块的z轴、y轴方向进行压缩，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为30mpa，y轴方向的应力为20mpa；
步骤六、重复步骤五的操作10次，即完成对多晶镍锰镓合金孪生应力的降低。
具体实施方式三：本实施方式使用的多晶镍锰镓合金铸锭制备是使用镍、锰、镓三种纯元素按照成分要求配置合金，合金成分为(原子百分数)：镍49％，锰29％，镓22％；其中镍元素和镓元素纯度不低于99.99％(质量百分数)，锰元素纯度不低于99.7％(质量百分数)，采用感应熔炼浇注，浇注与石墨模具，设计合金铸锭尺寸长度为75mm，宽度为35mm，厚度为20mm。
本实施方式中降低多晶镍锰镓合金孪生应力的方法是由下述步骤完成的：
步骤一、将上述多晶镍锰镓合金铸锭均匀化处理：以7℃/分钟的速度加热至1020℃，保温36h后随炉缓慢冷却，取出；
步骤二、再均匀化处理后的多晶镍锰镓合金进行有序化处理：以5℃/分钟的速度加热至750℃，保温2h，以3℃/分钟的速度降温至450℃，保温24h后随炉缓慢冷却，取出，加工成边长为4mm正方体形状的块体；
步骤三、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿基于沿矩形块的z轴、y轴、x轴方向(见图6)进行压缩，所述z轴平行于<001>晶向(即为柱状晶长轴方向)，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为30mpa，y轴方向的应力为30mpa，x轴方向的应力为40mpa；
步骤四、重复步骤三的操作5次；
步骤五、在室温下，基于空间直角坐标系依次沿矩形块的z轴、y轴方向进行压缩，压缩过程中矩形块的z轴方向的应力为25mpa，y轴方向的应力为25mpa；
步骤六、重复步骤五的操作7次，即完成对多晶镍锰镓合金孪生应力的降低。