一種提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法
【專利摘要】一種提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征為：以Zn25-25.5wt%、Al3.5-4wt%、Ni0.8-1.0wt%、復(fù)合稀土0.2-1.0wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。待材料全部熔化后，升溫至1280℃-1300℃，澆注成直徑為φ80×150mm的鑄錠，退火處理是加熱到820℃保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在820℃保溫半小時(shí)后鍛打成35×35mm的棒材，最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理。對(duì)其制備的試樣進(jìn)行力學(xué)性能和熱疲勞性能測(cè)試。
【專利說(shuō)明】一種提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]銅基形狀記憶合金是國(guó)內(nèi)外過(guò)去二十多年來(lái)積極研究和開(kāi)發(fā)的新型功能材料之一，目前已在 Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Sn> Cu-Al-Ni > Cu-Al-Be> Cu-Sn-Si > Cu-Zn-Ga 等數(shù)十種銅基合金發(fā)現(xiàn)有良好的形狀記憶效應(yīng)。在銅基形狀記憶合金中研究最多并已得到應(yīng)用的是Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni合金。CuZnAl形狀記憶合金作為銅基記憶合金中最具有實(shí)用價(jià)值的合金之一，由于其加工容易，塑性高，記憶性能好，價(jià)格低廉，越來(lái)越受到人們的重視。目前研究的新型高耐熱銅基形狀記憶合金在淬火條件下熱彈性逆變溫度可高達(dá)40(TC，目前該合金的改進(jìn)型正用于軍工研究中。根據(jù)銅基形狀記憶合金產(chǎn)生相變寬滯后的條件研制了寬滯后記憶管接頭，目前正在解決記憶管接頭制備工藝問(wèn)題及應(yīng)用問(wèn)題。但是CuZnAl形狀記憶合金也存在晶粒粗大、馬氏體穩(wěn)定化等缺陷，要想擴(kuò)大應(yīng)用范圍需要解決的主要問(wèn)題是提高塑性，改善形狀記憶效應(yīng)對(duì)熱循環(huán)和反復(fù)變形的穩(wěn)定性等方面。
[0003]本發(fā)明開(kāi)發(fā)出一種提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法。通過(guò)變質(zhì)處理、退火處理、鍛打及后續(xù)熱處理等一系列工藝手段，顯著提高了銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明開(kāi)發(fā)出一種能提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，其特征為:以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Nd 10?15wt%、La 10 ?15 wt%、Y 8 ?12wt%、Ce 8 ?12wt%、Tb 5 ?8 wt%、Gd 5 ?8 wt%、Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%，余為銅)為原料。成分按 Zn25-25.5wt%、A13.5_4wt%、N1.8-1.0wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑 0.2-1.0wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預(yù)熱過(guò)的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉過(guò)程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°c，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45X45mm的棒材。最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820-840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫。該方法制備的銅鋅鋁形狀記憶合金的熱疲勞性能得到顯著提高。
[0005]將熱處理后的棒材加工成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)該工藝方法處理后測(cè)得記憶合金抗拉強(qiáng)度695.5MPa，伸長(zhǎng)率
9.5%，布氏硬度186HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過(guò)傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20 0C至300 0C、400 0C、500 °C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫準(zhǔn)確，水溫20°C (流動(dòng)自來(lái)水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán)，每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為15s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長(zhǎng)度。
[0006]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1熱疲勞試樣尺寸(單位mm)
圖2不同上限溫度對(duì)銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的影響
1- 20°C至300°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)；
2- 20°C至400°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)；
3- 20°C至500°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)。
[0007]【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑為原料。成分按Zn25-25.5wt%、A13.5_4wt%、N1.8-1.0wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑 0.6-0.8wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預(yù)熱過(guò)的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉過(guò)程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820_840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫。將熱處理后的棒材加工成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)該工藝方法處理后測(cè)得記憶合金抗拉強(qiáng)度695.5MPa，伸長(zhǎng)率9.5%，布氏硬度186HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過(guò)傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20°C至300°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫準(zhǔn)確,水溫20°C (流動(dòng)自來(lái)水)。快速加熱試樣,加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán),每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為15s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長(zhǎng)度，試樣標(biāo)記為3，熱疲勞性能見(jiàn)圖2。
[0008]實(shí)施例2
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑為原料。成分按Zn25-25.5wt%、A13.5_4wt%、N1.8-1.0wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑 0.6-0.8wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預(yù)熱過(guò)的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉過(guò)程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820_840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫。將熱處理后的棒材加工成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試在WE-1O型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)該工藝方法處理后測(cè)得記憶合金抗拉強(qiáng)度695.5MPa，伸長(zhǎng)率9.5%，布氏硬度186HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過(guò)傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20°C至400°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫準(zhǔn)確,水溫20°C (流動(dòng)自來(lái)水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán),每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為15s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長(zhǎng)度，試樣標(biāo)記為2，熱疲勞性能見(jiàn)圖2。
[0009] 實(shí)施例3
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑為原料。成分按Zn25-25.5wt%、A13.5_4wt%、N1.8-1.0wt%、復(fù)合稀土變質(zhì)劑 0.6-0.8wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預(yù)熱過(guò)的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉過(guò)程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820_840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫。將熱處理后的棒材加工成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)該工藝方法處理后測(cè)得記憶合金抗拉強(qiáng)度695.5MPa，伸長(zhǎng)率9.5%，布氏硬度186HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過(guò)傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20°C至500°C之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫準(zhǔn)確,水溫20°C (流動(dòng)自來(lái)水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán),每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為15s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長(zhǎng)度，試樣標(biāo)記為1，熱疲勞性能見(jiàn)圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種能提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，其特征為:以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑，其中Nd 10?15wt%、La 10 ?15 wt %、Y 8 ?12wt %、Ce 8 ?12wt %、Tb 5 ?8 wt%、Gd 5 ?8 wt%、Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%，余為銅，為原料；成分按 Zn25-25.5wt%、A13.5_4wt%、N1.8-1.0wt%、復(fù)合稀土 0.2-1.0wt%、余量為銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為:先加入預(yù)熱過(guò)的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復(fù)合稀土變質(zhì)劑，熔煉過(guò)程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15wt% ;待材料全部熔化后，升溫至1280°C -1300°c，澆注成直徑為Φ 80 X 150mm的鑄錠；退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45X45mm的棒材；最后進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820-840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫；將熱處理后的棒材加工成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試棒，室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試在WE-10型液壓式拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，經(jīng)該工藝方法處理后測(cè)得記憶合金抗拉強(qiáng)度695.5MPa，伸長(zhǎng)率9.5%，布氏硬度186HB ;再在棒材上取樣,通過(guò)線切割加工出熱疲勞試樣,熱疲勞試樣尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口 ；采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)；板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過(guò)傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成；采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20 V至300 V、400 V、500 V之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫準(zhǔn)確，流動(dòng)自來(lái)水水溫20°C ;快速加熱試樣,加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán)，每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為15s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)，每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長(zhǎng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，復(fù)合稀土變質(zhì)劑加入量為0.6-0.8wt%時(shí)，制備的銅鋅鋁形狀記憶合金在室溫20°C至400°C及以下進(jìn)行冷熱循環(huán)時(shí)熱疲勞性能優(yōu)異。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，退火處理是加熱到820°C保溫24小時(shí)后隨爐冷卻，然后車(chē)削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時(shí)后鍛打成45 X 45mm的棒材時(shí)，制備的銅鋅鋁形狀記憶合金在室溫20°C至400°C及以下進(jìn)行冷熱循環(huán)時(shí)熱疲勞性能優(yōu)異。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能提高銅鋅鋁形狀記憶合金熱疲勞性能的工藝方法，進(jìn)行兩級(jí)時(shí)效的熱處理，即820-840°C保溫I小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的100°C沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫時(shí)，制備的銅鋅鋁形狀記憶合金在室溫20°C至400°C及以下進(jìn)行冷熱循環(huán)時(shí)熱疲勞性能優(yōu)異。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK104233130SQ201310230572
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月12日
【發(fā)明者】王文華, 李曉薇, 司松海, 劉光磊, 楊嵩 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司