一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金的制作方法
【專利摘要】一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁形狀記憶合金，屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征為：將材料按Zn25-26wt%、Al3.5-4wt%、復(fù)合添加劑0.2-1.0wt%、余量是Cu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820-840℃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820-840℃保溫2小時(shí)后鍛打加軋制成40×40mm的棒材。熱處理是830-850℃保溫2小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在沸水中保溫0.5小時(shí)后取出空冷至室溫。然后對(duì)其制備的試樣進(jìn)行硬度測(cè)試。
【專利說(shuō)明】一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于銅基記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性 的銅鋅鋁記憶合金。

【背景技術(shù)】
[0002] 記憶合金無(wú)論在生產(chǎn)工藝，還是在材料及元件的應(yīng)用上都在不斷的開(kāi)拓和發(fā)展， 迅速應(yīng)用到國(guó)防、汽車、機(jī)械、能源、交通及生物學(xué)等領(lǐng)域。其中，銅基記憶合金是目前發(fā)現(xiàn) 的記憶合金的主要類型。近年來(lái)的研究表明記憶合金除具有形狀記憶、偽彈性和高阻尼外， 還具有良好的耐磨損性能。記憶合金具有優(yōu)良的耐磨損性能是由前蘇聯(lián)學(xué)者AkceAoB于 1982年提出的，但當(dāng)時(shí)未引起重視。據(jù)所查的文獻(xiàn)來(lái)看，對(duì)記憶合金磨損性能的研究，國(guó)外 主要集中NiTi基合金上，對(duì)Cu基記憶合金磨損性能的研究鮮有報(bào)道。國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的報(bào)道 不多，且不同的學(xué)者對(duì)記憶合金的耐磨機(jī)理有不同的見(jiàn)解。銅鋅鋁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，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉(價(jià)格僅為Ni-Ti系合金 的十分之一)，有良好的記憶性能(僅次于Ni-Ti系合金)，其相變點(diǎn)可以在-KKTC?300°C 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)用前景非常廣闊。作為一種實(shí)用性材料，銅鋅鋁記憶合金在冷熱循環(huán)過(guò)程 中，內(nèi)部發(fā)生正逆熱彈性馬氏體相變，馬氏體與母相之間相界面隨外界溫度的變化作反復(fù) 遷移，界面位錯(cuò)在遷移過(guò)程中不斷增加，位錯(cuò)密度很快達(dá)到飽和值，從而影響正逆熱彈性馬 氏體相變的轉(zhuǎn)變量，導(dǎo)致形狀記憶穩(wěn)定性差，嚴(yán)重影響了摩擦磨損性能，極大的限制了應(yīng)用 范圍。對(duì)于金屬材料而言，硬度指標(biāo)的好壞直接影響材料的摩擦磨損性能，要想改善提高銅 鋅鋁記憶合金在冷熱循環(huán)過(guò)程中的摩擦磨損性能必須提高記憶合金的硬度及其硬度穩(wěn)定 性。
[0003] 本發(fā)明開(kāi)發(fā)出指一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明開(kāi)發(fā)出指一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金，其特征 為：以電解銅、鋅錠0號(hào)、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、復(fù)合添加劑(其中：Ni8?12wt%、Ti8?12 wt%、Ce7 ?10wt%、La7 ?10wt%、V6 ?9wt%、Ba6 ?9wt%、Zr5 ?7wt%、Tb4 ?6wt%、 Nd4 ?6wt%、Pr2 ?4wt%、B2 ?4wt%、余為Cu。）為原料，即Zn25_26wt%、A13. 5_4wt%、 復(fù)合添加劑〇. 2-1.Owt%、余量是Cu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、鋅錠、鋁錠、復(fù)合添加劑，熔化期間要加入合金重量0.2%的硼 砂。待材料全部熔化后，升溫至1280-1300°C澆注成直徑為（j580X150mm的鑄錠。退火處 理是加熱到820-840°C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820-840°C保溫2小時(shí)后鍛打成40X40mm的棒材。最后進(jìn)行熱處理：油淬加時(shí)效，即 830-850°C保溫2小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的沸水中保溫0. 5小時(shí)后取出空 冷至室溫。該方法制備的銅鋅鋁記憶合金硬度穩(wěn)定性得到顯著提高。
[0005] 將棒材加工成國(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686. 5MPa，伸長(zhǎng)率8. 9%，布氏硬度 198HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出冷熱循環(huán)試樣，冷熱循環(huán)試樣最終尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10mm、高5mm。采用電阻爐加熱自約束冷熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行冷熱循環(huán)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、400°C、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)?？焖偌訜嵩嚇樱訜?、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)設(shè)定次數(shù)，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)試合金試樣的布氏硬度值。
[0006]

【具體實(shí)施方式】 實(shí)施例1 以電解銅、鋅錠0號(hào)、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、復(fù)合添加劑(其中：Ni8?12wt%、Ti8?12wt%、Ce7 ?10wt%、La7 ?10wt%、V6 ?9wt%、Ba6 ?9wt%、Zr5 ?7wt%、Tb4 ?6wt%、 Nd4 ?6wt%、Pr2 ?4wt%、B2 ?4wt%、余為Cu。）為原料，即Zn25_26wt%、A13. 5_4wt%、 復(fù)合添加劑〇. 2-1.Owt%、余量是Cu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、鋅錠、鋁錠、復(fù)合添加劑，熔化期間要加入合金重量0.2%的硼 砂。待材料全部熔化后，升溫至1280-1300°C澆注成直徑為（j580X150mm的鑄錠。退火處 理是加熱到820-840°C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820-840°C保溫2小時(shí)后鍛打成40X40mm的棒材。最后進(jìn)行熱處理：油淬加時(shí)效，即 830-850°C保溫2小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的沸水中保溫0. 5小時(shí)后取出空 冷至室溫。將棒材加工成國(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686. 5MPa，伸長(zhǎng)率8. 9%，布氏硬 度198HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出冷熱循環(huán)試樣，冷熱循環(huán)試樣最終尺寸為長(zhǎng) 40mm、寬10mm、高5mm。采用電阻爐加熱自約束冷熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行冷熱循環(huán)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)?？焖偌訜嵩嚇?，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)設(shè)定 次數(shù)，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)試合金試樣的布氏硬度值，如表1所不。
[0007] 實(shí)施例2 以電解銅、鋅錠〇號(hào)、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、復(fù)合添加劑(其中：Ni8?12wt%、Ti8?12wt%、Ce7 ?10wt%、La7 ?10wt%、V6 ?9wt%、Ba6 ?9wt%、Zr5 ?7wt%、Tb4 ?6wt%、 Nd4 ?6wt%、Pr2 ?4wt%、B2 ?4wt%、余為Cu。）為原料，即Zn25_26wt%、A13. 5_4wt%、 復(fù)合添加劑〇. 2-1.Owt%、余量是Cu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、鋅錠、鋁錠、復(fù)合添加劑，熔化期間要加入合金重量0.2%的硼 砂。待材料全部熔化后，升溫至1280-1300°C澆注成直徑為（j580X150mm的鑄錠。退火處 理是加熱到820-840°C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820-840°C保溫2小時(shí)后鍛打成40X40mm的棒材。最后進(jìn)行熱處理：油淬加時(shí)效，即 830-850°C保溫2小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的沸水中保溫0. 5小時(shí)后取出空 冷至室溫。將棒材加工成國(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686. 5MPa，伸長(zhǎng)率8. 9%，布氏硬 度198HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出冷熱循環(huán)試樣，冷熱循環(huán)試樣最終尺寸為長(zhǎng) 40mm、寬10mm、高5mm。采用電阻爐加熱自約束冷熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行冷熱循環(huán)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)?？焖偌訜嵩嚇?，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)設(shè)定 次數(shù)，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)試合金試樣的布氏硬度值，如表1所不。
[0008] 實(shí)施例3 以電解銅、鋅錠〇號(hào)、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、復(fù)合添加劑(其中：Ni8?12wt%、Ti8?12wt%、Ce7 ?10wt%、La7 ?10wt%、V6 ?9wt%、Ba6 ?9wt%、Zr5 ?7wt%、Tb4 ?6wt%、 Nd4 ?6wt%、Pr2 ?4wt%、B2 ?4wt%、余為Cu。）為原料，即Zn25_26wt%、A13. 5_4wt%、 復(fù)合添加劑〇. 2-1.Owt%、余量是Cu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、鋅錠、鋁錠、復(fù)合添加劑，熔化期間要加入合金重量0.2%的硼 砂。待材料全部熔化后，升溫至1280-1300°C澆注成直徑為（j580X150mm的鑄錠。退火處 理是加熱到820-840°C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820-840°C保溫2小時(shí)后鍛打成40X40mm的棒材。最后進(jìn)行熱處理：油淬加時(shí)效，即 830-850°C保溫2小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的沸水中保溫0. 5小時(shí)后取出空 冷至室溫。將棒材加工成國(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686. 5MPa，伸長(zhǎng)率8. 9%，布氏硬 度198HB。再在棒材上取樣，通過(guò)線切割加工出冷熱循環(huán)試樣，冷熱循環(huán)試樣最終尺寸為長(zhǎng) 40mm、寬10mm、高5mm。采用電阻爐加熱自約束冷熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行冷熱循環(huán)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)?？焖偌訜嵩嚇?，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)設(shè)定 次數(shù)，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)試合金試樣的布氏硬度值，如表1所不。
[0009] 表1CuZnAl記憶合金冷熱循環(huán)過(guò)程中布氏硬度變化

【權(quán)利要求】
1. 一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金，其特征為：以電解銅、鋅錠 0號(hào)、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、復(fù)合添加劑Ni8?12 wt%、Ti8?12 wt%、Ce7?10wt%、La7? lOwt %、V6 ?9wt %、Ba6 ?9wt %、Zr5 ?7wt %、Tb 4 ?6wt %、Nd 4 ?6wt %、Pr 2 ? 4wt%、B2 ?4wt%、余為 Cu ;為原料，即 Zn25-26wt%、A13. 5-4wt%、復(fù)合添加劑 0? 2-1. Owt%、 余量是Cu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、 鋅錠、鋁錠、復(fù)合添加劑，熔化期間要加入合金重量〇. 2%的硼砂；待材料全部熔化后，升溫 至1280-1300°C澆注成直徑為（t80X 150mm的鑄錠；退火處理是加熱到820-840°C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820-840°C保溫2小時(shí)后鍛打 加軋制成40 X 40mm的棒材；最后進(jìn)行熱處理：油淬加時(shí)效，S卩830-850°C保溫2小時(shí)淬入室 溫機(jī)油中，然后在預(yù)先準(zhǔn)備好的沸水中保溫〇. 5小時(shí)后取出空冷至室溫；將棒材加工成國(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686. 5MPa，伸長(zhǎng)率8. 9%，布氏硬度198HB ;再在棒材上取樣， 通過(guò)線切割加工出冷熱循環(huán)試樣，冷熱循環(huán)試樣最終尺寸為長(zhǎng)40 mm、寬10 mm、高5mm; 采用電阻爐加熱自約束冷熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行冷熱循環(huán)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、400°C、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)設(shè)定次數(shù)，取下試樣，拋 光去除表面氧化膜，測(cè)試合金試樣的布氏硬度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種能提高冷熱循環(huán)下硬度穩(wěn)定性的銅鋅鋁記憶合金，該合金 在室溫20°C至500°C及之間進(jìn)行冷熱循環(huán)時(shí)硬度穩(wěn)定性能優(yōu)異。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK104342577SQ201310334096
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月4日
【發(fā)明者】張志敏, 白高鵬, 劉光磊, 陸松華, 張扣山 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司