專(zhuān)利名稱(chēng)：具有低馬氏體溫度的Cu-Zn-Al(6%)合金及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Cu-Zn-Al(6％)形狀記憶合金和一種降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的方法，該形狀記憶合金具有低的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。
背景技術(shù)：
Cu-Zn-Al形狀記憶效應(yīng)(SME)合金是有希望的靈巧和智能工程材料(Wayman C.M.，Journal of Metals，32(June 1980)，p-129-137以及Michael A.D & Hart W.B，Metal Material Technology，12(1980)，p-434-440)。由于它們相對(duì)于鎳鈦諾易于制造且成本低廉，這些合金引起了廣泛的關(guān)注(White S.M.，Cook J.M.& Stobbs W.M，JournalDe Physique，C4(ICOMAT-82)，p-779-783)。但是鎳鈦諾具有出眾的性質(zhì)和長(zhǎng)的疲勞壽命，并且能與生物相容。
在周期表(Golestaneh A.A.，Physics Today，(April 1984)，p-62-70)的中間部分，大概有20種元素，它們的合金顯示出形狀記憶，這比如Ag-Cd、Au-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Mn、Cu-Au-Zn、Cu-Sn、Cu-Au-Sn、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Ga、Cu-Zn-Si、In-Ti、Ni-Al、Ni-Ti、Fe-Pt、Fe-Pd等(Wayman C.M.，Journal of Metals，32(June1980)，p-129-137以及Michael A.D & Hart W.B，Metal MaterialTechnology，12(1980)，p-434-440)。
形狀記憶合金(SMA)具有獨(dú)特的性質(zhì)，即這些材料記住了它們過(guò)去的形狀/輪廓。這些合金的重要特征在于，它們能夠在某個(gè)臨界轉(zhuǎn)變溫度之上或之下以兩種截然不同的形狀或輪廓存在。其經(jīng)歷了無(wú)擴(kuò)散型馬氏體轉(zhuǎn)變(Golestaneh A.A.，Physics Today，April 1984，p-62-70)，這本質(zhì)上也是熱彈性的，即在臨界溫度以下形成了馬氏體組織，并且隨著溫度降低而長(zhǎng)大，然而在加熱時(shí)馬氏體收縮并最終消失。
形狀記憶合金中的馬氏體與鋼中的馬氏體相比要軟。這些合金的變形不是通過(guò)滑移、孿晶或晶界滑動(dòng)，而是通過(guò)自協(xié)調(diào)(self-accommodation)、多取向馬氏體片/變體的生長(zhǎng)或收縮(SaburiT.，Wayman C.M，Takala K & Nenno S.，Acta Metallurgica(Jan1980))P-15。
在加熱時(shí)，應(yīng)變馬氏體回復(fù)到它的母相，于是初始未經(jīng)過(guò)形變的形狀得到恢復(fù)。組織的變化能夠與形狀和尺寸相聯(lián)系，合金顯示出了對(duì)高、低溫形狀的記憶。存在一種與這些形狀變化相關(guān)聯(lián)的有用的力，于是這些合金能夠被結(jié)合在溫度敏感器件領(lǐng)域內(nèi)，用于報(bào)警、控制、探測(cè)和調(diào)節(jié)等。致動(dòng)器能夠被校準(zhǔn)，通過(guò)結(jié)合補(bǔ)償偏置回彈在窄的溫度范圍內(nèi)工作?？苫謴?fù)的應(yīng)變是2-8％，并且取決于單程或雙程記憶。在經(jīng)過(guò)被稱(chēng)為鍛煉(training)的熱-機(jī)械加工后，銅基形狀記憶合金除了單程記憶外，還顯示出雙程記憶行為(Wayman C.M.，Journal ofMetals，32(June 1980)，p-129-137以及Michael A.D & Hart W.B，Metal Material Technology，12(1980)，p-434-440)。
一旦經(jīng)過(guò)鍛煉，這些材料在加熱或冷卻時(shí)，在相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)變溫度以上或以下將自發(fā)地改變它的形狀。正向和逆向馬氏體轉(zhuǎn)變溫度分別用‘Ms’(在冷卻時(shí))和‘As’(在加熱時(shí))指代。
在Cu-Zn-Al三元合金中，形狀記憶效應(yīng)存在于不規(guī)則四邊形形狀中的三角形富銅的角。在擴(kuò)展該不規(guī)則四邊形時(shí)，我們能夠?qū)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變溫度與組成關(guān)聯(lián)起來(lái)(Schetky L.M.，Scientific American，241(Nov.1979)，p-68-76)。
鋁的含量從4％到10％變化，鋅的含量從10％到30％變化，余量為銅。由于非常小的成分改變，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(‘Ms’)會(huì)從-100℃到+300℃進(jìn)行變化。但是對(duì)于鋁黃銅有用的范圍是從-70℃到+150℃。馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(‘As’)對(duì)成分十分敏感。鋅或鋁中任何一種成分的微小變化(比如說(shuō)±0.5％)都會(huì)將轉(zhuǎn)變溫度變化±50℃。因此，對(duì)于工作在特定溫度下的致動(dòng)器，為了得到所期望的轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)成分進(jìn)行精密地控制是極其重要的。在熔煉時(shí)，低熔點(diǎn)和易揮發(fā)元素的損失在空氣熔煉爐中是不可避免的，這樣的元素比如Al、Zn等。真空熔煉爐中可以對(duì)成分進(jìn)行精密地控制，但是安裝真空熔煉爐的成本及其高昂，對(duì)于小型和中等規(guī)模的熔煉單位/工業(yè)是無(wú)法承受的。
在空氣熔煉爐中，盡管對(duì)這些損失進(jìn)行補(bǔ)償，并且在熔煉期間嚴(yán)格地遵循必須的預(yù)防措施，但是通常仍然存在損失這樣的元素的危險(xiǎn)。成分出現(xiàn)偏差和不具有所期望的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的合金將遭到拒絕或被重新熔煉。于是努力和投入都白白浪費(fèi)了。也應(yīng)該觀察到，鋅或鋁的損失升高了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，然而增加這些元素將降低轉(zhuǎn)變溫度。
因此，本發(fā)明是為了增加或減少馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。
在Cu-Zn-4％Al合金(Adnyana D.N.，Wire Journal International，(1984)，p-52-61)中，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度已經(jīng)被降低到相當(dāng)?shù)土?，即約20℃到25℃。
在銅基和其他合金的熔煉期間，尤其是在空氣熔煉爐中時(shí)，比如鋅、鋁、錫、鉛等揮發(fā)性和低熔點(diǎn)的元素常常會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)。這些損失不能避免，但卻能夠通過(guò)在熔煉期間進(jìn)行全面的注意而得以減少，在熔煉期間加入精確稱(chēng)量的量的每種元素、補(bǔ)償各元素的損失并且嚴(yán)格地遵循預(yù)防措施。
真空爐對(duì)這些損失進(jìn)行精確地控制，但是安裝它們很昂貴，因此對(duì)于小型和中等規(guī)模的熔煉/加工裝置時(shí)無(wú)法承受的。對(duì)于這些，Cu-Zn-Al形狀記憶合金(SMA)沒(méi)有例外。馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(‘As’)在形狀記憶合金中是重要的參數(shù)，并且對(duì)成分及其敏感。鋅或鋁中任何一種成分的微小變化(比如說(shuō)±0.5％)，比如由于熔煉損失，都會(huì)將轉(zhuǎn)變溫度變化±50℃。這樣澆鑄、加工的材料將被變?yōu)閺U料，并且不得不被重新熔煉，這樣導(dǎo)致了努力、人工和機(jī)械的浪費(fèi)。
實(shí)驗(yàn)研究表明，可以通過(guò)使用補(bǔ)償偏置回彈(compensating biasspring)或通過(guò)選擇性地腐蝕/通過(guò)熱處理溶浸出鋅，將As溫度升高15℃到20℃。但是，降低As溫度，一旦實(shí)現(xiàn)將會(huì)造成問(wèn)題。美國(guó)專(zhuān)利No.4,634,477提到了形狀記憶合金。但是，該專(zhuān)利沒(méi)有提及降低馬氏體溫度。
本發(fā)明的目的本發(fā)明主要的目的是提供一種形狀記憶合金，該合金具有Cu-Zn-Al(6％)的成分，以及更低的馬氏體溫度。
本發(fā)明另一個(gè)目的是涉及提供一種具有優(yōu)良的記憶響應(yīng)的形狀記憶合金。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種具有優(yōu)良的回復(fù)率和疲勞壽命性質(zhì)的形狀記憶合金。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種形狀記憶合金，該合金能夠防止淬火開(kāi)裂。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種用于降低成分為Cu-Zn-Al(6％)的形狀記憶合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)的方法。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法，為了降低轉(zhuǎn)變溫度，其通過(guò)從110℃到30℃，即降低了80℃的低溫再次β化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種形狀記憶合金，該合金具有Cu-Zn-Al(6％)的成分，以及更低的馬氏體溫度。本發(fā)明還涉及一種降低所述合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的方法，這通過(guò)選擇成分為74.4％的銅，19.5％的鋅以及6.1％的鋁的材料，并且具有110℃-112℃的‘As’溫度。在該方法中，前面經(jīng)過(guò)高溫β化的材料已被進(jìn)行低溫再次β化以對(duì)該材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)乩谩?br> 本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明因此，本發(fā)明提供了一種具有低的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶合金，所述合金包括銅和鋅，其范圍為62-86％的銅，10-28％的鋅，以及6％的鋁。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度被降低了約80℃。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述合金在約575℃的再次β化溫度，顯示出優(yōu)良的形狀記憶。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述合金具有優(yōu)良的疲勞性質(zhì)，由此防止了淬火開(kāi)裂。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述合金一旦被加工后，能夠被用于某些其他的溫度器件或應(yīng)用。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述合金具有優(yōu)良的形狀記憶響應(yīng)性質(zhì)。
本發(fā)明還提供了一種用于降低如權(quán)利要求1的形狀記憶合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)的方法，包括對(duì)前面高溫β化后的材料再次β化處理，所述方法包括如下的步驟(i)選擇包括銅和鋅的合金，其范圍為62-86％的銅，10-28％的鋅，以及6％的鋁；(ii)用感應(yīng)爐，在空氣中，在炭覆蓋下，對(duì)合金組合物進(jìn)行熔煉，然后澆鑄為所期望的形狀；(iii)在800℃將上述組合物均勻化，時(shí)間約為2個(gè)小時(shí)，接著進(jìn)行冷卻；(iv)進(jìn)行表面機(jī)加工將氧化皮去除；(v)對(duì)所述合金組合物進(jìn)行分析；(vi)將上述成型的材料在約575℃再次加熱約3分鐘；(vii)將所述材料用冷水進(jìn)行淬火；(viii)獲得完全的馬氏體組織；(ix)用馬氏體組織識(shí)別軟的形狀記憶材料；以及(x)記錄所述材料的溫度和組織。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)被降低了約80℃。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，鋅或鋁的損失升高了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，然而增加這些元素降低了所述馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，材料一旦被澆鑄成型和加工后，能夠被用于某些其他的溫度器件或應(yīng)用。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，形狀記憶響應(yīng)性質(zhì)沒(méi)有受到影響。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，兩步β化和所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)變溫度降低對(duì)于鋁含量較高為6-10％的形狀記憶合金是有效的。


(流程圖，金相照片，柱狀圖和曲線)圖1示出了制造板狀的形狀記憶合金的方法以及它的β化(記憶化)熱處理的實(shí)驗(yàn)流程圖，該圖也描述了合金的組織、SME響應(yīng)和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度；圖2描述了在750℃/3分鐘/CWQ經(jīng)過(guò)β化的材料的顯微組織；圖3描述了在對(duì)經(jīng)過(guò)β化的材料在各個(gè)溫度加熱時(shí)的顯微組織，這些溫度比如有200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃；圖4示出了另外七個(gè)經(jīng)過(guò)β化的樣品的微觀結(jié)構(gòu)，它們?cè)?50℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃(增量為25℃)下再次β化10分鐘，用冷水(室溫)淬火。
圖5的流程圖詳細(xì)說(shuō)明了材料的條件、其顯微組織，以及對(duì)前面在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃高溫β化的材料加熱時(shí)的形狀記憶響應(yīng)；圖6的流程圖詳細(xì)說(shuō)明了材料的條件、其SME響應(yīng)、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)以及在對(duì)前面在550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃和700℃高溫β化的材料進(jìn)行低溫β化時(shí)的顯微組織；圖7示出了說(shuō)明再次β化溫度與馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)關(guān)系的柱狀圖；圖8示出了說(shuō)明再次β化溫度與馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)關(guān)系的曲線圖，其還描述了在575℃再次β化時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的最佳下降(As80℃)。
舉例下面的例子被提供來(lái)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。但是，這些例子不能被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
例1爐料由市售的純銅、鋅和鋁組成，在感應(yīng)爐中在炭覆蓋下進(jìn)行熔煉，并且被澆鑄到砂模中，形成150×100×12.5mm大小的塊。接著，將這些塊在800℃均質(zhì)化2個(gè)小時(shí)，進(jìn)行冷卻。然后，將這些塊進(jìn)行表面機(jī)加工去除氧化層。對(duì)這些均質(zhì)化后的塊進(jìn)行化學(xué)成分分析。在750℃將這些塊(厚12mm)重新加熱1小時(shí)，將其熱軋為1mm厚的平坦的片并且在各減薄道次之間多次重新加熱。這些片被保持在夾持設(shè)備中(1.0mm厚的片)，在750℃β化(betatise)3分鐘，然后用冷(通常的)水進(jìn)行淬火。將這些塊修整為所期望的尺寸，大約20-25件，大小為100mm×10-12mm×1mm。從一個(gè)平坦的片(經(jīng)過(guò)β化的帶材)上切下一個(gè)小矩形片(10×10mm)，并將其安裝在丙烯酸系化合物中，在多級(jí)碳化硅砂紙上進(jìn)行拋光，然后在金剛石研磨膏浸潤(rùn)的微織物(microcloth)回轉(zhuǎn)輪上拋光，在重鉻酸鉀腐蝕劑中進(jìn)行腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下對(duì)其顯微組織進(jìn)行觀察。這些組織完全是馬氏體。在殘余的帶材上，通過(guò)熱空氣吹風(fēng)機(jī)可以觀測(cè)到形狀記憶響應(yīng)。使用熱水和冷水，以及溫度指示計(jì)可以確定轉(zhuǎn)變溫度。其形狀記憶響應(yīng)優(yōu)良，轉(zhuǎn)變溫度約為110℃-112℃(圖1)。然后，再將六片經(jīng)過(guò)記憶化(β化的)的片在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃下加熱10分鐘，然后用冷(通常的)水進(jìn)行淬火。將它們進(jìn)行變形以檢測(cè)形狀記憶響應(yīng)，并對(duì)它們的顯微組織進(jìn)行分析(圖2和圖3)。被加熱到200℃、300℃、400℃的樣品非常地硬，以致不能觀測(cè)到記憶作用。在500℃被加熱的樣品是軟的，但卻沒(méi)有形狀記憶。對(duì)它們的顯微組織進(jìn)行觀察。在600℃和700℃被加熱的樣品是軟的，并且分別在低溫和高溫顯示出了形狀記憶。也對(duì)它們的顯微組織進(jìn)行觀察。在500℃到700℃之間，馬氏體組織大量出現(xiàn)。于是，在550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃(增量為25℃)下再對(duì)七片經(jīng)過(guò)β化的樣品進(jìn)一步加熱10分鐘，用冷水(室溫)進(jìn)行淬火。對(duì)它們的顯微組織進(jìn)行觀察(圖4)。將它們進(jìn)行變形，并確定它們的形狀記憶響應(yīng)和轉(zhuǎn)變溫度(圖5和圖6)。經(jīng)過(guò)β化的樣品，在575℃再次β化10分鐘，用水進(jìn)行淬火，得到在晶界上和晶粒內(nèi)具有足夠α的馬氏體，顯示出了優(yōu)良的形狀記憶響應(yīng)，并且它的轉(zhuǎn)變溫度(‘As’)約為30℃。于是，通過(guò)這樣的兩步方法，將初始溫度110℃降低到30℃，通過(guò)這樣的方法降低了80℃。通過(guò)選擇合適的再次β化溫度，能夠獲得任何中間轉(zhuǎn)變溫度。將再次β化方法重復(fù)數(shù)次，以確定可重復(fù)性和確認(rèn)結(jié)果。
例2在Cu-Zn二元相圖(Higgins R.A，Engineering metallurgy Vol.1(1971)，p-312-339)中，α固相(α)存在含量最多達(dá)39％的鋅。該α相具有面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)。該合金是可延展、鍛造和冷加工的。在鋅的含量在39％以上到50％時(shí)，出現(xiàn)了β相(β)。β相是體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)。它是硬的相，且只能熱加工。在鋅的含量在50％以上時(shí)，形成了一種復(fù)雜、易碎和并不希望的γ相組織。Cu-Zn-Al是三元合金系統(tǒng)。它基本上是具有添加了第三種元素鋁的Cu-Zn合金系統(tǒng)。鋁的鋅當(dāng)量值是6，即1％的鋁與6％的鋅具有類(lèi)似的效果(1Al＝6Zn)(West E.G.Copper & it’s alloy(1982)，p-98-105)。于是，通過(guò)應(yīng)用下面的公式(Greaves R.H.& Wrighton H.，Practical MicroscopicalMetallography(1971)，p-159-177)，我們能夠計(jì)算出對(duì)于形狀記憶合金的成分的鋅當(dāng)量值(74.4％Cu-19.5％Zn-6.1％Al)。鋅的當(dāng)量值被計(jì)算為43％。
如果我們檢測(cè)Cu-Zn系統(tǒng)的二元相圖，在非常接近或幾乎就在α和β的相邊界區(qū)域，即在相圖中富β的區(qū)域，鋅含量為43％。保持它們的條件，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在加熱時(shí)，對(duì)750℃的合金，組織轉(zhuǎn)變是從馬氏體到β，同樣，我們將該加熱處理分別稱(chēng)為β化、將轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為As(加熱時(shí))和Ms(冷卻時(shí))。經(jīng)過(guò)β化的材料(750℃/3分鐘/冷水淬火(CWQ))是軟的，完全是形狀記憶響應(yīng)優(yōu)良的馬氏體。其溫度是從110℃到112℃。前面高溫β化的樣品(6個(gè))在低溫到200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃再次β化十分鐘，用冷水(室溫)淬火。它們的微觀結(jié)構(gòu)、形狀記憶響應(yīng)和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度得到確定。200℃再β化的材料是馬氏體。但是非常剛性，當(dāng)從200℃淬火時(shí)，它沒(méi)有顯示出形狀記憶。300℃再β化的樣品具有α+β很少的馬氏體。它很堅(jiān)硬且沒(méi)有記憶。α相的形態(tài)是桿狀或片狀。400℃再β化的樣品也是堅(jiān)硬的，沒(méi)有形狀記憶效應(yīng)。它包含α+β組織，并且α相在晶粒以內(nèi)。500℃再β化的材料是軟的，但是沒(méi)有形狀記憶效應(yīng)。它的組織是α+β非常少量的馬氏體。它在晶界具有非常薄的α相邊緣，這些α相邊緣趨向于球形。在600℃和700℃加熱的樣品是軟的，且可以變形，分別顯示出低溫和高溫記憶。這些材料完全是馬氏體，但是600℃再β化的樣品與700℃的樣品相比，有很少α相沉淀在晶界和晶粒內(nèi)。700℃的樣品比較而言晶粒更精細(xì)。這些材料即使在用冷水淬火時(shí)也不會(huì)開(kāi)裂。通過(guò)這些專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)，可以確定該材料的形狀記憶效應(yīng)在550℃到700℃之間。因此，對(duì)于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，拿出7條經(jīng)過(guò)β化的帶材在550℃、575℃、600℃、625℃、650℃、675℃、700℃(增量為25℃)下再次β化10分鐘，然后用冷水(室溫)淬火。對(duì)顯微組織、形狀記憶響應(yīng)和轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在550℃經(jīng)β化的樣品是軟的，并且其轉(zhuǎn)變溫度從110℃下降到22℃。該樣品有微弱的記憶，這主要是因?yàn)樵讦轮凶銐蝮w積分?jǐn)?shù)的α相離析和非常少量的可見(jiàn)的馬氏體。晶界α相包絡(luò)(envelop)也是厚的。575℃再β化的樣品是軟的，并且在30℃具有優(yōu)良的形狀記憶。它顯微組織是在晶界和晶粒內(nèi)具有足夠α相條紋體積分量的馬氏體。α相趨向于球形或透鏡形形式。從基體中沉淀出來(lái)α相使β相中的鋅含量富集，并且將成分移動(dòng)到二元相圖的右側(cè)。在淬火時(shí)，富鋅的β相轉(zhuǎn)變?yōu)楦讳\馬氏體，于是顯著地降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，從110℃到30℃，下降了80℃。在600℃再次β化時(shí)，材料是軟的并且具有優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)，轉(zhuǎn)變溫度大約在45℃。樣品完全是馬氏體，在晶界和晶粒內(nèi)部具有很少量沉淀的α相。在625℃再β化的樣品是軟的，并且在約61℃具有優(yōu)良的形狀記憶效應(yīng)。組織是在晶界具有不能分辨的α相的馬氏體。在650℃、675℃和700℃再β化的樣品都是軟的，并且分別在79℃、100℃和110℃具有形狀記憶(圖7和圖8)。這些完全是馬氏體，在晶界和晶粒內(nèi)幾乎沒(méi)有任何可見(jiàn)的α相。換句話說(shuō)，α相是不可分辨的。由于非常少量或可忽略的α相從馬氏體基體中離析出來(lái)，所以這些樣品顯示出了高溫形狀記憶。所以，這些結(jié)果指出，在575℃再β化的樣品給出了最佳的值，即它們的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度在30℃附近，即通過(guò)該特別的β化處理As從110℃下降到30℃，下降了80℃。
例3Cu-Zn-Al形狀記憶合金(4％Al和6％Al)(a)74.4％Cu-19.5％Zn-6.1％Al(熔體No.7)β化(As)110℃，再β化(As)30℃(b)74.1％Cu-19.5％Zn-6.4％Al(熔體No.5)β化(As)130℃，再β化(As)50℃(c)73.6％Cu-20.2％Zn-6.2％Al(熔體No.6)β化(As)83℃，再β化(As)-10℃(d)71.0％Cu-24.8％Zn-4.2％Al(熔體No.35)β化(As)65℃，再β化(As)45℃例4經(jīng)觀察，在Cu-Zn-Al(6％)形狀記憶合金中，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度顯著下降，即70℃-80℃。在實(shí)驗(yàn)期間也觀察到，可以通過(guò)結(jié)合偏置或通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?用于選擇性腐蝕/鋅損失)，將馬氏體轉(zhuǎn)變溫度升高15℃-20℃。
在Cu-Zn-6％Al合金中，通過(guò)特別的熱處理，即通過(guò)對(duì)先前高溫β化的材料在低溫再次β化，能夠?qū)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)顯著降低約80℃。溫度的降低主要是因?yàn)閷⑸倭康摩料?α)從馬氏體基體中離析出來(lái)。被保留下來(lái)的α相并不影響形狀記憶響應(yīng)，但是反過(guò)來(lái)有助于對(duì)晶界進(jìn)行緩沖，并由此防止材料開(kāi)裂，即使在冷水中進(jìn)行淬火時(shí)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)在Cu-Zn-4％Al合金(Adnyana D.N.，Wire JournalInternational，(1984)，p-52-61)中，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的降低是相當(dāng)?shù)偷?，即約20℃-25℃，然而在Cu-Zn-6％Al形狀記憶合金中，發(fā)現(xiàn)該溫度基本上是70℃-80℃。
(2)本發(fā)明經(jīng)過(guò)改善的方法對(duì)形狀記憶響應(yīng)、回復(fù)率、疲勞壽命等沒(méi)有負(fù)面影響，而且在馬氏體相中沉積的α相有助于對(duì)基體進(jìn)行緩沖，并且通常與形狀記憶合金相關(guān)。
(3)本發(fā)明經(jīng)過(guò)改善的方法可能有助于小型和中等規(guī)模的熔煉單位通過(guò)節(jié)約成本、人工和機(jī)械，能夠接受在形狀記憶合金熔煉中所面臨的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。
(4)本方法新穎且簡(jiǎn)單，不需要額外的人工或設(shè)備。
(5)用冷水進(jìn)行淬火得到了更好的形狀記憶響應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種形狀記憶合金，具有低的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，所述合金包括銅和鋅，其范圍為62-86％的銅，10-28％的鋅，以及6％的鋁。
2.如權(quán)利要求1的形狀記憶合金，其中，所述合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度被降低了約80℃。
3.如權(quán)利要求1的形狀記憶合金，其中，所述合金對(duì)于約575℃的再次β化溫度，顯示出優(yōu)良的形狀記憶。
4.如權(quán)利要求1的形狀記憶合金，其中，所述合金具有優(yōu)良的疲勞性質(zhì)，由此防止了淬火開(kāi)裂。
5.如權(quán)利要求1的形狀記憶合金，其中，所述合金一旦被加工后，能夠被用于某些其他的溫度器件或應(yīng)用。
6.如權(quán)利要求1的形狀記憶合金，其中，所述合金具有優(yōu)良的形狀記憶響應(yīng)性質(zhì)。
7.一種用于降低如權(quán)利要求1的形狀記憶合金的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)的方法，包括對(duì)前面高溫β化后的材料再次β化處理，所述方法包括如下的步驟(i)選擇包括銅和鋅的合金，其范圍為62-86％的銅，10-28％的鋅，以及6％的鋁；(ii)在空氣中工作的感應(yīng)爐中，在炭覆蓋下，對(duì)合金組成進(jìn)行熔煉，然后澆鑄為所期望的形狀；(iii)在800℃將上述組成均勻化，時(shí)間約為2個(gè)小時(shí)，接著進(jìn)行冷卻；(iv)進(jìn)行表面機(jī)加工將氧化皮去除；(v)對(duì)所述合金組成進(jìn)行分析；(vi)將上述成型的材料在約575℃再次加熱約3分鐘；(vii)將所述材料用冷水進(jìn)行淬火；(viii)獲得完全的馬氏體組織；(ix)確定具有馬氏體組織的軟的形狀記憶材料；以及(x)記錄所述材料的溫度和組織。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(As)被降低了約80℃。
9.如權(quán)利要求7的方法，其中，鋅或鋁的損失升高了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，然而增加這些元素降低了所述馬氏體轉(zhuǎn)變溫度。
10.如權(quán)利要求7的方法，其中，材料一旦被鑄造和加工后，能夠被用于某些其他的溫度器件或應(yīng)用。
11.如權(quán)利要求7的方法，其中，形狀記憶響應(yīng)性質(zhì)沒(méi)有受到影響。
12.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述兩步β化以及所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)變溫度降低對(duì)于鋁含量較高為6-10％的形狀記憶合金是有效的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Cu－Zn－Al(6％)合金以及一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法,該方法通過(guò)從110℃到30℃,即降低了80℃的低溫再次β化處理降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，其中，為了適當(dāng)?shù)乩貌牧?，將前面高溫β化的材料已?jīng)在較低的溫度下再次β化。
文檔編號(hào)C22F1/08GK1547619SQ01823648
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2001年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月22日
發(fā)明者V·R·哈切卡, M·辛格拉, V R 哈切卡, 窶 申請(qǐng)人:科學(xué)與工業(yè)研究會(huì)