專利名稱：寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制造工藝，所制得的管接頭可應(yīng)用于各個領(lǐng)域的低、中壓工程管道連接，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，對于管道的連接，多采用焊接的手段。但是采用焊接的方法進(jìn)行管道連接時，需要較大的操作空間，以便于工人操作，而且焊接過程中較大的熱的輸入，容易使被連接的管道的性能發(fā)生變化，特別是對于異種材料的連接，有時采用焊接的方法是不可行的。采用形狀記憶合金管接頭進(jìn)行管道的連接，由于材料具有形狀記憶功能，只要將事先擴(kuò)張的形狀記憶管接頭套上欲連接對裝的管端，稍許加熱，形狀記憶合金管接頭由于要恢復(fù)小口徑的狀態(tài)，于是開始收縮牢固抱緊管子，達(dá)到連接管道的目的。它具有裝配工藝簡單、無污染的優(yōu)點，可應(yīng)用于在連接密集部件、不可焊部件、人類不易達(dá)到區(qū)域的工程部件(如深水工程、太空工程)等領(lǐng)域。
近年來，國內(nèi)外研究較多的形狀記憶合金管接頭材料主要有NiTi基記憶合金，鐵基記憶合金和銅基記憶合金。傳統(tǒng)的形狀記憶合金管接頭，在作為低溫環(huán)境下使用的連接管，需低溫下擴(kuò)孔，低溫下貯存，低溫下裝配，才能滿足低溫下的使用。
形狀記憶合金材料作為管接頭應(yīng)用，公開的文獻(xiàn)主要有專利(公開號)如CN1614056，CN1614057，論述了作為管接頭應(yīng)用的TiNiMo和TiNiFe兩種形狀記憶合金，用其制備的管接頭可以在室溫至-196℃的低溫環(huán)境下進(jìn)行擴(kuò)孔與各管路進(jìn)行連接，當(dāng)溫度自然恢復(fù)到室溫，管接頭抱緊管件達(dá)到不泄漏的目的。專利CN1055322C和專利JP1229192描述了鐵基形狀記憶合金的記憶特性以及鐵基形狀記憶合金管接頭的研制。專利(公開號)CN1299025A介紹了Ni-Ti系，Cu-Zn-Al系、和Fe-Mn-Ni-Co系形狀記憶合金的記憶特性設(shè)計出不同的記憶合金連接件的構(gòu)造。專利US5687995介紹了Ni-Ti系形狀記憶合金管接頭，在腐蝕環(huán)境下使用時，防止電化學(xué)和化學(xué)腐蝕方面采取的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種CuAlMnZnZr寬滯后形狀記憶合金管接頭制備方法，使管接頭可以在室溫下(≤40℃)擴(kuò)孔、貯存和進(jìn)行裝配，同時能夠在較低溫度(≥-25℃)至以上溫度環(huán)境下使用，從而簡化傳統(tǒng)的在較低溫度下使用的形狀記憶合金管接頭需要在低溫下擴(kuò)孔與貯存的特殊工裝設(shè)備，節(jié)省低溫加工、低溫貯存等所需的昂貴費用。
寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制備方法，采用Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金為原料，制備工藝過程包括(1)所述Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金成分重量百分組成為Al8.3～9.0，Mn8.0～8.8，Zn3.0～4.0，Zr0.1～0.2，余量為Cu。
(2)熱擠壓制備管坯將合金錠坯表面處理后，在850～880℃爐中均勻化處理8～10小時，在850～880℃溫度下，擠壓成管坯。
(3)退火處理將熱擠壓管坯在800℃～830℃爐中加熱20～30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷。
(4)冷拉制管經(jīng)過退火處理的熱擠壓管材，酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成所需管徑和壁厚的管材。
(5)固溶處理將冷拉管材在800℃～830℃爐中加熱20～30min，出爐空冷。
(6)訓(xùn)練擴(kuò)孔將上述固溶處理的管材截取所需長度，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)孔，為了產(chǎn)生所需要的寬滯后效應(yīng)，擴(kuò)孔變形應(yīng)在6.5～8.5％。
所述Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金的制備方法為(1)Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金成分重量百分組成為Al8.3～9.0，Mn8.0～8.8，Zn3.0～4.0，Zr0.1～0.2，余量為Cu。
(2)熔煉以電解銅，工業(yè)純鋁，電解錳，鋅錠和銅-鋯中間合金為原料，將電解銅烘干后，加入鋁在中頻感應(yīng)電爐中熔煉，熔煉溫度1150℃～1250℃，熔體用經(jīng)過焙燒的木炭覆蓋；待銅鋁熔體熔化后，加入烘干的用銅箔包覆的電解錳，用冰晶石和氟化鈣造渣；降低熔體溫度，加入鋅和銅-鋯中間合金。
(3)鑄錠熔體出爐，靜置，除渣后，澆鑄成φ100mm的圓柱錠坯。
采用本發(fā)明，能夠制備出能在室溫下(≤40℃)擴(kuò)孔、室溫下貯存與裝配，并能滿足低溫下(≥-25℃)使用要求的形狀記憶合金管接頭(稱為寬滯后形狀記憶合金管接頭)，可以簡化傳統(tǒng)的在較低溫度下使用的形狀記憶合金管接頭需要在低溫下擴(kuò)孔、安裝的特殊工裝設(shè)備和節(jié)省低溫貯存所需的昂貴費用，與NiTi基形狀記憶合金管接頭相比，本發(fā)明制得的管接頭雖然其記憶應(yīng)變、形狀記憶恢復(fù)力略小，但加工性能優(yōu)良，且價格便宜，其市場前景廣闊。經(jīng)過固溶處理后的合金伸長率可高達(dá)12％，而6.5～8.5％的擴(kuò)孔變形即可產(chǎn)生滿足所需的相變寬滯后和記憶應(yīng)變，因而產(chǎn)品成材率高。本發(fā)明的形狀記憶合金管接頭可應(yīng)用于各個領(lǐng)域的低、中壓工程管工程管道連接，以及高壓輸電線破斷緊急連接等。
具體實施例方式
實施例1銅基形狀記憶合金成分為Al-8.7wt％，Mn-8.5wt％，Zn-3.4wt％，Zr-0.1wt％，其余為銅和不可避免雜質(zhì)。以電解銅，工業(yè)純鋁，電解錳，鋅錠和銅-鋯中間合金為原料。將電解銅烘干后，加入鋁一起在中頻感應(yīng)電爐中熔煉，熔煉溫度1200℃～1250℃，熔體用經(jīng)過焙燒的木炭覆蓋。電解錳用銅箔包覆，烘干，待銅鋁熔體熔化后，加入熔體中，用冰晶石和氟化鈣造渣。降低熔體溫度，加入鋅和銅-鋯中間合金。熔體出爐，靜置，除渣后，澆鑄成φ100mm的圓柱錠坯。
實施例2將實施例1所述的合金鑄錠，車削清除表面缺陷后，在860℃爐中均勻化處理8小時，在860℃溫度下，擠壓成管坯。將熱擠壓管坯在830℃爐中加熱30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成內(nèi)徑為φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm長，將其在830℃爐中加熱30min，出爐空冷，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑變形7.5％，快速加熱至200℃，記憶應(yīng)變?yōu)?.8％。
實施例3將實施例1所述的合金鑄錠，車削清除表面缺陷后，在860℃爐中均勻化處理8小時，在860℃溫度下，擠壓成管坯。將熱擠壓管坯在830℃爐中加熱30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成內(nèi)徑為φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm長，將其在830℃爐中加熱30min，出爐空冷，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑變形8.5％，快速加熱至200℃，記憶應(yīng)變?yōu)?.5％。
實施例4將實施例1所述的合金鑄錠，車削清除表面缺陷后，在860℃爐中均勻化處理8小時，在860℃溫度下，擠壓成管坯。將熱擠壓管坯在830℃爐中加熱30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成內(nèi)徑為φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm長，將其在830℃爐中加熱30min，出爐空冷，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑變形6.5％，快速加熱至200℃，記憶應(yīng)變?yōu)?.0％。
實施例5將實施例1所述的合金鑄錠，車削清除表面缺陷后，在860℃爐中均勻化處理8小時，在860℃溫度下，擠壓成管坯。將熱擠壓管坯在830℃爐中加熱30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成內(nèi)徑為φ19.0mm，壁厚1.5mm的管材，截取20mm長，將其在830℃爐中加熱30min，出爐空冷，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑變形7.5％，快速加熱至200℃，記憶應(yīng)變?yōu)?.7％。
實施例6將實施例1所述的合金鑄錠，車削清除表面缺陷后，在860℃爐中均勻化處理8小時，在860℃溫度下，擠壓成管坯。將熱擠壓管坯在830℃爐中加熱30min，隨爐冷至480℃，保溫1 50min后出爐空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成內(nèi)徑為φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm長，將其在830℃爐中加熱30min，出爐空冷，兩端口經(jīng)錐銑刀倒角后，室溫下采用錐形沖頭，在油壓機(jī)上進(jìn)行擴(kuò)徑，擴(kuò)徑變形7.5％，40±1℃的恒溫箱中儲存30天后，將外徑為φ8.0mm，壁厚為1.0mm的不銹鋼管分別從其兩端插入，快速加熱至200℃。在-18℃時，拉脫力≥200kg；室溫下拉脫力≥250kg。
權(quán)利要求
1.寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制備方法，其特征在于采用Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金為原料，制備工藝過程包括(1)Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金成分重量百分組成為Al8.3～9.0，Mn8.0～8.8，Zn3.0～4.0，Zr0.1～0.2，余量為Cu；(2)熱擠壓制備管坯將合金錠坯表面處理后，在850～880℃爐中均勻化處理8～10小時，在850～880℃溫度下，擠壓成管坯；(3)退火處理將熱擠壓管坯在800℃～830℃爐中加熱20～30min，隨爐冷至480℃，保溫150min后出爐空冷；(4)冷拉制管經(jīng)過退火處理的熱擠壓管材，酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成管材；(5)固溶處理將冷拉管材在800℃～830℃爐中加熱20～30min，出爐空冷；(6)訓(xùn)練擴(kuò)孔將上述固溶處理的管材進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔變形為6.5～8.5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金的制備方法為(1)Cu-Al-Mn-Zn-Zr形狀記憶合金成分重量百分組成為Al8.3～9.0，Mn8.0～8.8，Zn3.0～4.0，Zr0.1～0.2，余量為Cu；(2)熔煉將電解銅烘干后，加入鋁在中頻感應(yīng)電爐中熔煉，熔煉溫度1150℃～1250℃，熔體用經(jīng)過焙燒的木炭覆蓋；待銅鋁熔體熔化后，加入烘干的用銅箔包覆的電解錳，用冰晶石和氟化鈣造渣；降低熔體溫度，加入鋅和鋯；(3)鑄錠熔體出爐，靜置，除渣后，澆鑄成圓柱錠坯。
全文摘要
寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制備方法。采用Cu－Al－Mn－Zn－Zr形狀記憶合金為原料，合金成分重量百分組成為Al8.3～9.0，Mn8.0～8.8，Zn3.0～4.0，Zr0.1～0.2，余量為Cu，制備過程包括對合金的熱擠壓制備管坯、退火處理、冷拉制管、固溶處理、訓(xùn)練擴(kuò)孔等過程。采用本發(fā)明，能夠制備出能在室溫下(≤40℃)擴(kuò)孔、室溫下貯存與裝配，并能滿足低溫下(≥－25℃)使用要求的形狀記憶合金管接頭，可以簡化工裝設(shè)備和節(jié)省低溫貯存所需的昂貴費用，經(jīng)過固溶處理后的合金伸長率可高達(dá)12％，而6.5～8.5％的擴(kuò)孔變形即可產(chǎn)生滿足所需的寬滯后和記憶應(yīng)變，產(chǎn)品成材率高。
文檔編號C22C1/02GK1986146SQ20051003259
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者李周, 汪明樸, 唐寧, 曹玲飛, 賈延琳 申請人:中南大學(xué)