做馬氏體相變開始溫度Ms的測量：測量步驟似所制備的化-Al-Mn合金巧料 的馬氏體相變開始溫度噸，所述馬氏體相變開始溫度噸的測量方法為差熱分析法值SC)，測 得所述化-Al-Mn合金巧料的馬氏體相變開始溫度噸為-61. 2°C;并測得室溫下超彈性為 15. 5 %，馬氏體相變臨界應(yīng)力為262MPa;
[0073] (4)熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)：在250°(：、300°(：、350°(：和400°(：四組溫度條件下進(jìn)行熱處理， 每組溫度下均設(shè)置化、1化、5化和10化五個(gè)熱處理時(shí)間；在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，為了得到一條性能隨 熱處理時(shí)間變化的曲線，需要至少4組熱處理時(shí)間數(shù)據(jù)，必須要獲得熱處理無限長時(shí)間的 性能值，一般實(shí)驗(yàn)中普遍認(rèn)同將熱處理時(shí)間> 10化近似的認(rèn)為等同于熱處理無限長時(shí)間， 考慮到實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)的時(shí)間成本，一般取10化作為熱處理的時(shí)間上限，因此，在本專利中要 求預(yù)實(shí)驗(yàn)中熱處理時(shí)間Imin-lOOh的時(shí)間范圍內(nèi)選取，并保證有一組預(yù)實(shí)驗(yàn)中的熱處理時(shí) 間為10化，即保證能夠獲得"熱處理無限長時(shí)間的性能值"。
[0074] 妨合金性能測試及合金表材料常數(shù)的確定：對步驟（4)熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)之前W及 熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)之后的合金樣品進(jìn)行合金性能值的測試，所述合金性能包括馬氏體相變臨界 應(yīng)力、硬度、彈性模量及超彈性，其中：熱處理前合金的性能值用y。表示、熱處時(shí)間無限長時(shí) 合金的性能值用表示W(wǎng)及熱處理溫度為T、熱處理時(shí)間為t條件下熱處理后合金的性能 值用y(T，t)表示。
[0075] 分別將測得的合金各性能值代入公式山中進(jìn)行數(shù)值擬合：
[0076]y(T,t) =y" +(y〇-y" )/{l+[a·exp(-b·T) ·t]"} 山
[0077] 分別得到該合金各性能對應(yīng)的材料常數(shù)a、b和n的值；
[0078] (6)獲得各性能隨熱處理溫度T(單位：開爾文）和熱處理時(shí)間t(單位：秒）的函 數(shù)關(guān)系如下：
[0079] 馬氏體相變臨界應(yīng)力（MPa):
[0080] 〇叫5燈，t) = 900-679/{1+巧 19 ·exp(-9291/T) · ;;
[0081]硬度化V)出να，t) =400-140/{1+巧19·exp(-9291/T)· t]i'4};
[00的]彈性模量（GPa):
[0083]Εα，t) =70-50/{1+[919·exp (-9291/T)·t] 1.3};
[0084]超彈性（％)卻燈，t) =14/{1+巧19·exp(-9291/T)· t]°'9}。
[0085] 根據(jù)上述性能方程，可通過控制熱處理溫度T和熱處理時(shí)間t，可使合金馬氏體 相變臨界應(yīng)力、硬度、彈性模量和超彈性在221MPa-900MPa、260Hv-400Hv、20GPa-70G化和 14% -0%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0086] 并計(jì)算出超彈性與馬氏體相變臨界應(yīng)力隨熱處理時(shí)間和熱處理溫度變化的等高 線圖（如圖5所示）。在圖5的陰影范圍所示的熱處理?xiàng)l件下，可W獲得超彈性為5% -9%、 馬氏體相變臨界應(yīng)力為443MPa-677MPa的高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力的化-Al-Μη形 狀記憶合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其特征在于，所述形 狀記憶合金的制備方法具體是：首先采用定向凝固方法制備具有高超彈性的柱狀晶組織 Cu-Al-Mn合金坯料，再通過熱處理提高所述合金坯料的馬氏體相變臨界應(yīng)力，從而獲得具 有高超彈性和高馬氏體相變臨界應(yīng)力的Cu-Al-Mn形狀記憶合金。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其 特征在于，所述制備方法具體包括以下步驟： (1)材料的準(zhǔn)備及配比：以純度均高于99. 9%的無氧銅、電解鋁和電解錳為原料；所述 原料中鋁、銅及錳的含量分別為：鋁：16at%~24at%，錳：9at%~13at%，銅：63at%~ 75at%； (2) 制備合金坯料：將步驟（1)中配比的原料進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1100°C~1200°C; 然后進(jìn)行定向凝固，所述定向凝固過程采用石墨鑄型周向加熱，所述石墨鑄型溫度為 1000°C~1100°C，所述石墨鑄型置于銅模底座上，所述銅模底座的冷卻方式為水冷，將熔煉 獲得的金屬液注入石墨鑄型，然后停止對所述石墨鑄型周向加熱，所述金屬液自下而上定 向凝固，制備獲得Cu-Al-Mn合金還料； (3) 馬氏體相變開始溫度Ms的測量：測量步驟（2)所制備的Cu-Al-Mn合金坯料的馬氏 體相變開始溫度Ms，所述馬氏體相變開始溫度Ms的測量方法為差熱分析法或電阻測量法； (4) 制備Cu-Al-Mn形狀記憶合金：對步驟（2)中制備的所述Cu-Al-Mn合金坯料進(jìn)行 熱處理，熱處理?xiàng)l件：熱處理溫度高于馬氏體相變開始溫度凡200°C_500°C;熱處理時(shí)間為 lmin-100h，熱處理后進(jìn)行空冷或水淬，獲得所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其 特征在于，步驟（2)制備合金坯料過程中，制備獲得的所述Cu-Al-Mn合金坯料為柱狀晶組 織，所述Cu-Al-Mn合金坯料由β奧氏體單相組成。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其 特征在于，步驟（4)中所述熱處理溫度和所述熱處理時(shí)間是根據(jù)熱處理后合金的性能確定 的，所述熱處理后合金的性能與所述熱處理溫度及所述熱處理時(shí)間的關(guān)系滿足公式[1]: y(T,t)=y〇〇+(y〇-y〇〇)/{l+[a·exp(-b·T) ·t]n}[1] 公式[1]中：y(T，t)表示在熱處理溫度為T、熱處理時(shí)間為t的條件下熱處理后合金的 性能，所述熱處理后合金的性能包括馬氏體相變臨界應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、硬度、彈性模量及超 彈性中的全部或其中任意的組合；y。表示熱處理前合金的性能值，熱處理前t= 0;y"表示 熱處時(shí)間無限長時(shí)合金的性能值，所述熱處時(shí)間無限長是指t多100h;公式[1]中a、b和 η為材料常數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其 特征在于，公式[1]中材料常數(shù)a、b和η以及制備所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金所需的熱處 理處理溫度T和熱處理處理時(shí)間t的計(jì)算方法包括如下步驟： (1) 熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)：在高于馬氏體相變開始溫度Ms 200°C~500°C的溫度范圍內(nèi)選取 不少于4個(gè)熱處理溫度T值，并在lmin~100h的時(shí)間范圍內(nèi)選取不少于4個(gè)熱處理時(shí)間t 值進(jìn)行熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)，所述熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)中所述熱處理溫度T和熱處理時(shí)間t的選取應(yīng)盡 量分散，并保證有一組預(yù)實(shí)驗(yàn)中的熱處理時(shí)間t為100h; (2) 合金性能測試：將步驟（1)熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)前以及熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)后的合金樣品進(jìn)行 合金性能測試，所述合金性能包括馬氏體相變臨界應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、硬度、彈性模量及超彈 性，測得所述熱處理前合金的性能值y。、熱處時(shí)間無限長時(shí)合金的性能值y〇=值和一系列不 同熱處理溫度及時(shí)間的y(T，t)值，然后根據(jù)公式[1]對數(shù)值進(jìn)行擬合，得到a、b和η的值； (3)制備所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金所需的熱處理溫度Τ和熱處理時(shí)間t的計(jì)算：首 先確定所要制備的所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金的合金性能y，然后將步驟（2)中的測得的 材料常數(shù)a、b和η的值以及所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金的合金性能y代入式（1)中，即可 計(jì)算出制備所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金所需的熱處理溫度T和熱處理時(shí)間t。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，其 特征在于，步驟（1)熱處理預(yù)實(shí)驗(yàn)中所述熱處理時(shí)間為lmin~100h，且有一組預(yù)實(shí)驗(yàn)的熱 處理時(shí)間為l〇〇h。7. 具有高超彈性和高馬氏體相變臨界應(yīng)力的Cu-Al-Mn形狀記憶合金，根據(jù)權(quán)利要求 1-6之一所述的高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法制備獲得，其特 征在于，以原子數(shù)百分含量計(jì)，所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金的主要成分為：鋁：16at%~ 24at%，猛：9at%~13at%，銅：63at%~75at%，所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金為柱狀晶 組織，室溫下所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金的相組成包括β奧氏體與貝氏體，所述Cu-Al-Mn 形狀記憶合金中貝氏體相含量為33%~77%、超彈性為5%~10%、馬氏體相變臨界應(yīng)力 為 440MPa~700Mpa。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述具有高超彈性和高馬氏體相變臨界應(yīng)力的Cu-Al-Mn形狀記憶 合金，其特征在于，所述Cu-Al-Mn形狀記憶合金的抗拉強(qiáng)度為550Mpa~800Mpa、彈性模量 為34GPa~55Gpa以及維氏硬度為290Hv~370Hv。
【專利摘要】本發(fā)明涉及高超彈性高馬氏體相變臨界應(yīng)力形狀記憶合金的制備方法，所述形狀記憶合金的制備方法：首先采用定向凝固方法制備具有高超彈性的柱狀晶組織Cu-Al-Mn合金坯料，再通過熱處理提升所述合金坯料的馬氏體相變臨界應(yīng)力，從而獲得具有高超彈性和高馬氏體相變臨界應(yīng)力的Cu-Al-Mn形狀記憶合金。本發(fā)明制備的Cu-Al-Mn形狀記憶合金具有柱狀晶組織，室溫下相組成包括β奧氏體與貝氏體，所述形狀記憶合金的超彈性可達(dá)5%-10%，馬氏體相變臨界應(yīng)力可達(dá)440MPa-700MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)500MPa～800MPa，彈性模量可達(dá)30GPa～60GPa，維氏硬度為290Hv～370Hv。
【IPC分類】C22F1/08, C22C1/02, C22C9/01
【公開號】CN105369043
【申請?zhí)枴緾N201510698848
【發(fā)明人】黃海友, 劉記立, 謝建新
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月23日