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本文通过滑动摩擦磨损试验和应变疲劳试验测定了4种不同成分的Fe-Mn-Si形状记忆合金的耐磨性及其应变疲劳特性,并借助电子扫描电镜观察(SEM)、X射线衍射定性定量分析(XRD)等手段研究了Fe-Mn-Si形状记忆合金合金的耐磨性及其应变疲劳特性,揭示了该合金摩擦磨损和应变疲劳过程中的相变机制及其微观机理,并在此基础上提出了形状记忆合金应力自适应特性的概念。 研究发现Fe-Mn-Si形状记忆合金干摩擦时的耐磨性一般,表现为一般奥氏体材料的摩擦磨损特性,磨损机制为黏着磨损;油摩擦时,Fe-Mn-Si形状记忆合金却具有良好的耐磨性,磨损机制为磨粒磨损,其磨损量并不随着载荷的增加而增大,而是存在一个较佳载荷,在这个载荷下,磨损量最小。XRD分析和SEM观察表明,油摩擦时Fe-Mn-Si合金可通过应力诱发γ→ε马氏体相变及其相变伪弹性降低应力集中,抑制塑性滑移变形,避免微裂纹的形成和扩展从而提高其耐磨性。 Fe-Mn-Si形状记忆合金具有良好的应变疲劳特性:在应变幅值3%下的循环弯曲疲劳寿命可达1277次,远远高于不锈钢在相同条件下的71次;在应变幅值1.5%下的循环拉压疲劳寿命可达1300次,也远远的高于U71Mn重轨钢在相同条件下的110次和不锈钢的150次。Fe-Mn-Si形状记忆合金弯曲疲劳断裂后的ε马氏体含量几乎占到100%,断口类型为准解理断裂。循环过程中的应力诱发马氏体正、逆相变及其相变伪弹性能降低应力集中,抑制塑性滑移变形,减少微裂纹形成的几率,从而提高Fe-Mn-Si形状记忆合金的应变疲劳寿命。 本文在总结Fe-Mn-Si形状记忆合金耐磨性和抗疲劳性能的基础上,提出了形状记忆合金应力自适应特性的概念,建立了应力自适应特性的相变模型示意图,阐明了Fe-Mn-Si合金应力自适应特性的本质,并根据Fe-Mn-Si形状记忆合金的应力自适应特性,设计了提高形状记忆效应的新方法——全机械训练和半机械训练,同时展望了Fe-Mn-Si形状记忆合金在自适应无缝钢轨的新应用。