提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法
【專利摘要】提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，屬于記憶合金制備【技術領域】，其特征為：以Zn24.5～26wt%、Al3.5～4.5wt%、余為銅為原料，稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉，溫度達到1240℃～1260℃時，采用沖入法加入復合稀土變質劑0.2wt%～1.2wt%。然后澆注成直徑為φ80×150mm的鑄錠。退火處理是加熱到850℃保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850℃保溫30分鐘后鍛打成φ55×60mm的棒材。最后進行熱處理，850℃保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻。對其制備的試樣在堿性介質條件下進行滾動磨損試驗。
【專利說明】提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于記憶合金制備【技術領域】，特指提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法。

【背景技術】
[0002]記憶合金具有優良的耐磨損性能是由前蘇聯學者AkceAoB于1982年提出的，但當時未引起重視。對記憶合金磨損性能的研究，國外主要集中NiTi基合金上，對Cu基記憶合金磨損性能的研究鮮有報道。國內對這方面的報道不多，且不同的學者對記憶合金的耐磨機理有不同的見解。CuZnAl記憶合金作為銅基記憶合金中最具有實用價值的合金之一，由于其加工容易，塑性高，記憶性能好，價格低廉，越來越受到人們的重視。但是CuZnAl記憶合金也存在疲勞強度低、脆性大、容易斷裂等缺陷，嚴重影響了摩擦磨損性能，這是限制其應用的主要問題之一。對于單晶體，馬氏體相與母相界面的生成和遷移是失效斷裂的原因。CuZnAl記憶合金在單晶態時具有優良的記憶效應、超彈性和耐磨性，但是對于多晶體，晶界的存在引起的沿晶斷裂是失效斷裂的主要原因。目前，普遍認為是彈性各向異性高、晶粒粗大、相變應變的各向異性高、雜質元素的晶界偏析等在晶界上產生應力集中，以及在摩擦往復過程中產生的大量位錯聚集，在晶界上形成失效源頭所致。
[0003]本發明開發出一種提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的工藝方法。通過變質處理、熱處理以及后續鍛打等一系列工藝手段，顯著提高了銅鋅鋁記憶合金在堿性介質情況下滾動磨損性能。


【發明內容】

[0004]本發明開發出提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，其特征為:以Zn24.5?26wt%、A13.5?4.5wt%、余為銅為原料，稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1240°C?1260°C時采用沖入法加入復合稀土變質劑。復合稀土變質劑成分為:Ce 10?15wt%、La 8?12 wt%、Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu + Gd +Ho + Er + Tm為10?20wt%，V 2?5wt%，Zr 2?5wt%，余為銅。所述復合稀土變質劑為塊狀合金，熔點范圍850?1150°C，復合稀土變質劑加入量范圍為0.2?1.2wt%。然后澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫30分鐘后鍛打成Φ 55 X 60mm的棒材。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻。
[0005]
在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm,內孔Φ16 mm,環厚度8mm。對磨件尺寸同上，材質為45Cr鋼，硬度50?54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。堿性介質為自配的Na (OH)稀溶液，PH為10.0?12.0，滴速為20滴/每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發生變化。實驗中，45Cr鋼環轉速200r/min，銅鋅鋁記憶合金環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。
[0006]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1不同預定載荷對不同堿度介質下銅鋅鋁記憶合金磨損量的影響(試驗時間6小時)；
圖2不同預定時間對不同堿度介質下銅鋅鋁記憶合金磨損量的影響(試驗載荷147N)。
[0007]

【具體實施方式】
實施例1
以Zn25.5wt%、A14wt%、余為銅為原料，稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1240°C?1260°C時采用沖入法加入復合稀土變質劑。復合稀土變質劑加入量為0.8 wt %。然后澆注成直徑為Φ80Χ150_的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫30分鐘后鍛打成Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻。在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm,內孔Φ16mm，環厚度8mm。對磨件尺寸同上,材質為45Cr鋼，硬度50?54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量,稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。堿性介質為自配的Na (OH)稀溶液，PH為10.0，滴速為20滴/每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發生變化。實驗中，45Cr鋼環轉速200r/min，銅鋅鋁記憶合金環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。滾動磨損性能見圖1和圖2。
[0008]實施例2
以Zn25.5wt%、A14wt%、余為銅為原料，稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:加入電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1240°C?1260°C時采用沖入法加入復合稀土變質劑。復合稀土變質劑加入量為0.8wt %。然后澆注成直徑為Φ80Χ 150mm的鑄錠。退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫30分鐘后鍛打成Φ55Χ60πιπι的棒材。最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻。在棒材上取樣，通過線切割加工出滾動磨損試樣，滾動磨損試樣為圓環狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm,內孔Φ16mm，環厚度8mm。對磨件尺寸同上,材質為45Cr鋼，硬度50?54HRC。滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行。磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量,稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg。堿性介質為自配的Na (OH)稀溶液，PH為12.0，滴速為20滴/每分鐘。各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗。滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發生變化。實驗中，45Cr鋼環轉速200r/min，銅鋅鋁記憶合金環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。滾動磨損性能見圖1和圖2。
【權利要求】
1.提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，其特征為:以Zn24.5?26wt%、A13.5?4.5wt%、余為銅為原料，稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉；熔煉工藝為:力口入電解銅、鋅錠、鋁錠，待材料全部熔化后，升溫至1240°C?1260°C時采用沖入法加入復合稀土變質劑；復合稀土變質劑成分為:Ce 10?15wt%、La 8?12 wt% > Nd 8?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt% > Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu + Gd + Ho + Er + Tm 為10?20wt%，V 2?5wt%，Zr 2?5wt%，余為銅；復合稀土變質劑加入量為0.2wt %?1.2wt % ;然后澆注成直徑為Φ80Χ 150mm的鑄錠；退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫30分鐘后鍛打成Φ 55 X 60mm的棒材；最后進行熱處理，其具體工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻；在棒材上取樣,通過線切割加工出滾動磨損試樣,滾動磨損試樣為圓環狀，具體尺寸:外徑Φ50 mm，內孔Φ16 mm，環厚度8mm ;對磨件尺寸同上，材質為45Cr鋼，硬度50?54HRC ;滾動磨損是在國產MM-2000型銷盤式試驗機上進行；磨損量以試樣磨損前后的質量差來衡量，稱量采用MAllO電子分析天平，精度為0.0OOlg ;堿性介質為自配的Na (OH)稀溶液，PH為10.0?12.0，滴速為20滴/每分鐘；各試樣開始試驗前，先進行30min的預跑合，跑合完畢后測定原始重量，然后加載至預定的載荷進行預定時間的磨損試驗；滾動磨損試驗結束后，將試樣用丙酮超聲清洗30min，再測定試樣的重量，并計算出試樣的磨損量；每次測試前試樣和對磨件都要用丙酮清洗，每次測試后下一次測試前要將對磨件用砂紙磨到1200號，防止下一次測試時對磨件的表面粗糙度發生變化；實驗中，45Cr鋼環轉速200r/min，銅鋅鋁記憶合金環轉速180r/min，相對滑動速度0.05236m/s。
2.根據權利要求1所述提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，Zn24.5?26wt%、A13.5?4.5wt%、余為銅為原料，滾動磨損性能表現優異。
3.根據權利要求1所述提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，復合稀土變質劑成分為:Ce 10 ?15wt%、La 8 ?12 wt% >Nd 8 ?12wt%、Sc6 ?9wt%、Lu6 ?9 wt%、Ni 4 ?8wt%、Y + Pr + Tb + Eu + Gd + Ho + Er + Tm 為 10 ?20wt%，V 2 ?5wt%, Zr 2?5wt%，余為銅，滾動磨損性能表現優異。
4.根據權利要求1所述提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，復合稀土變質劑加入量為0.8wt %，滾動磨損性能表現優異。
5.根據權利要求1所述提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，退火處理是加熱到850°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在850°C保溫30分鐘后鍛打成Φ 55 X 60mm的棒材，滾動磨損性能表現優異。
6.根據權利要求1所述提高銅鋅鋁記憶合金在堿性介質下滾動磨損性能的方法，熱處理工藝為:850°C保溫30分鐘后，從保溫爐中取出在大氣環境條件下冷卻，滾動磨損性能表現優異。
【文檔編號】C22C9/04GK104232981SQ201310233276
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2013年6月13日
【發明者】楊嵩, 司松海, 李曉薇, 劉光磊, 齊克堯 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司