專利名稱：高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記憶合金，尤其是涉及一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金及其制備方法。特別適用于制做艦艇、船舶的螺旋槳、抗震軸瓦、消音器殼體；記憶功能另件，如溫度和力的敏感元件，眼鏡架，醫(yī)用導(dǎo)絲，外科縫合線等等。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代美國發(fā)現(xiàn)鎳鈦記憶合金以來，先后出現(xiàn)銅基記憶合金，鐵基記憶合金，并可以實(shí)用和產(chǎn)業(yè)化。鎳鈦記憶合金由于它優(yōu)良記憶性能和超彈性，應(yīng)用最為成功。但它資源稀缺，價(jià)格昂貴(每公斤600～20000元)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜困難，用于醫(yī)療衛(wèi)生時(shí)，鎳離子的溶出對人體有害；銅基記憶合金雖然價(jià)格低(為鎳鈦記憶合金價(jià)格的1/5)，工藝簡單，資源豐富，但它致命缺點(diǎn)是粗晶體，性能方向性大，所以晶界強(qiáng)度很低，易冷態(tài)斷裂，疲勞壽命很低，大大限制它的實(shí)用；鐵基記憶合金資源豐富，價(jià)格更低，結(jié)構(gòu)工藝與不銹鋼相似，但它的記憶能力很差(為鎳鈦記憶合金的1/4～1/5)，而且僅有單程記憶能力，也大大限制了其應(yīng)用。為了進(jìn)一步降低價(jià)格，改善冷熱加工工藝性，改善生物相容性，獲得好的吸收震動(阻尼)能力，所以發(fā)展了以錳為基記憶合金。但目前的錳基記憶合金的屈服強(qiáng)度低，200MPa；記憶能力差，記憶恢復(fù)率30～50％；超彈性差，0.5％；易生銹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有錳基記憶合金的不足，提供一種屈服強(qiáng)度高、記憶能力好、超彈性好、不易生銹的高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金及其制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金，其特征在于采用以Mn為基的，主加有Cu，再加有Ni和Cr，輔加有N，其各組份的重量百分比為Cu 5.5～50％、Ni 1～10％、Cr 1～10％、N 0.05～0.5，其余為Mn，各組份的總和為100％。
本發(fā)明還可在上述合金成份中加入Ti、Sn、Sb、Si中的一種或數(shù)種，其加量為Ti 0.5～5％、或/和Sn 0.1～5％、或/和Sb0.1～2％、或/和Si0.1～2％。
本發(fā)明優(yōu)先采用Cu 25％、Ni5％、Cr3％、N0.1％和Ti1％，其余為Mn。其它元素可加也可不加，視對記憶超彈和阻尼要求而定。
含有元素N以擴(kuò)大高溫相存在區(qū)間，使溶解Cu含量擴(kuò)大到55％，同時(shí)形成間隙固溶體，大大強(qiáng)化合金并提高超彈性；含有元素Ti也擴(kuò)大高溫相存在區(qū)間，由于原子半徑大而固溶強(qiáng)化效果大；元素Sb，Sn，Si有同樣作用，但效果較差；元素Cr，Ni含量較多，不僅強(qiáng)化合金，而且主要提高合金抗生銹能力。
加N過多，造成合金內(nèi)部氣孔，加N的方法是以中間合金形式加入熔體，中間合金有NCr化合物或NMn化合物；加Ti過多造成合金脆性；加入過多的Cr，Ni，成本增加很多，也影響記憶性能變差。
本發(fā)明高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金的制備方法，其特征在于它包括a)合金的熔煉合金的熔煉采用陶瓷坩鍋中頻或高頻大氣熔煉，氬氣保護(hù)下熔煉，或磁懸浮熔煉獲得鑄錠，或采用Ohno Continue Castings技術(shù)熔煉獲得鑄錠；b)形成絲棒、板帶型材將鑄錠置于保護(hù)氣氛或真空下于800～850℃/6～8小時(shí)均勻化，800～850℃開始熱軋，500～550℃終軋，650～500℃熱拉伸形成φ0.1～10mm的絲棒，或冷軋到0.1～5mm的板帶型材。
Ohno Continue Castings簡稱OCC，由日本崗野教授發(fā)明，該技術(shù)是錠樣的凝固從心部開始，而錠樣外部由強(qiáng)制加熱不讓先凝固的一種熱型連鑄，是一種無缺陷，單晶或柱晶近凈成型技術(shù)。
冷軋加工變形量每道次為10～30％，中間退火溫度為600～650℃，加熱時(shí)間每克產(chǎn)品10～15秒，最終工序?yàn)?00℃～850℃，加熱時(shí)間每克產(chǎn)品10～15秒后冷水淬火，再經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化處理，時(shí)效溫度400～500℃，時(shí)效時(shí)間為2～6小時(shí)，最后冷軋，冷拉，變形量為30～40％。
用熔鑄方法獲得的最終產(chǎn)品性能為σb≥450Mpa，σS≥250Mpa，δ≥20％，馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變終了相變溫度Af在0～200℃，殘余變形0.5％的超彈變形達(dá)2～4％。
用OCC技術(shù)獲得的單晶或柱狀晶材料，最終產(chǎn)品性能為抗拉強(qiáng)度σb≥400Mpa，屈服強(qiáng)度σS≥200Mpa，延伸率δ≥20％，馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變終了相變溫度Af在0～200℃，殘余變形0.5％的超彈變形達(dá)4～10％。
綜上所述，本發(fā)明具有屈服強(qiáng)度高，記憶能力好，超彈性好，不易生銹等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1用磁懸浮高頻感應(yīng)熔煉獲得的本發(fā)明合金材料，其成分為19％Cu(重量份，下同)，3％Ni，3％Cr，0.1N％，0.5Ti，其余為Mn。1kg錠坯置于保護(hù)氣氛或真空下于850℃均勻化熱處理6小時(shí)，850℃開始熱軋，550℃終軋成厚2.5mm寬20mm長300mm板條，進(jìn)行冷軋，冷軋加工變形量每道次20％，中間退火溫度為600℃，加熱120秒，再進(jìn)行800℃加熱120秒冰水淬火，并經(jīng)400℃時(shí)效4.5小時(shí)，再經(jīng)冷軋到厚1.5mm的板條。測得σb≥750Mpa，σS≥350Mpa，δ為30％，Af＝125℃。
實(shí)施例2用磁懸浮高頻感應(yīng)熔煉獲得的本發(fā)明合金材料，其成分為10％Cu，3％Ni，3％Cr，0.1％N，0.5％Ti，其余為Mn。1kg錠坯置于保護(hù)氣氛或真空下于850℃均勻化熱處理6小時(shí)，850℃開始熱軋，550℃終軋成厚1.5mm寬20mm長300mm板條，進(jìn)行冷軋，冷軋加工變形量每道次20％，中間退火溫度為600℃，加熱120秒，再進(jìn)行800℃加熱120秒冰水淬火，最后經(jīng)400℃時(shí)效4.5小時(shí)，再經(jīng)冷軋到厚1.5mm的板條。測得σb≥550Mpa，σS≥250Mpa，δ為35％，Af＝155℃。
實(shí)施例3用陶瓷坩鍋大氣中頻感應(yīng)熔煉本發(fā)明合金材料，其成分為35％Cu，5％Ni，3％Cr，0.1％N，0.5Ti％，0.1Sn％，0.1Sb％，其余為Mn。1kg錠坯置于保護(hù)氣氛或真空下于850℃均勻化熱處理6小時(shí)，850℃開始熱軋，550℃終軋成厚1.5mm寬20mm長300mm板條，進(jìn)行冷軋，冷軋加工變形量每道次20％，中間退火溫度為600℃，加熱120秒，再進(jìn)行到800℃加熱120秒冰水淬火，最后經(jīng)430℃時(shí)效4小時(shí)，再經(jīng)冷軋到厚1.5mm的板條。測得σb≥850Mpa，σS≥450Mpa，δ為25％，Af＝5℃，18℃的超彈變形4％，殘余變形0.3％。
實(shí)施例4用OCC技術(shù)連鑄拉制的本發(fā)明合金材料，其成分為38％Cu，5％Ni，5％Cr，0.1％N，1％Ti，1％Sn，0.1％Si，其余為Mn。1kg錠坯置于保護(hù)氣氛或真空下于850℃均勻化熱處理6小時(shí)，850℃開始熱軋，550℃終軋成厚1.5mm寬20mm長300mm板條，進(jìn)行冷軋，冷軋加工變形量每道次20％，中間退火溫度為600℃，加熱120秒，再進(jìn)行到800℃加熱120秒冰水淬火，最后經(jīng)450℃時(shí)效4.8小時(shí)，再經(jīng)冷軋到厚1.5mm的板條。測得σb≥880Mpa，σS≥550Mpa，δ為24％，Af＝0℃，8℃的超彈變形8％，殘余變形0.2％。
實(shí)施例5
用磁懸浮高頻感應(yīng)熔煉獲得的本發(fā)明合金材料，其成分為19％Cu(重量份，下同)，3％Ni，3％Cr，0.1N％，0.5Ti，其余為Mn。1kg錠坯置于保護(hù)氣氛或真空下于850℃均勻化熱處理6小時(shí)，850℃開始熱軋，550℃終軋成8mm的絲棒，650～500℃進(jìn)行熱拉伸，熱拉加工變形量每道次20％，再進(jìn)行800℃加熱120秒冰水淬火，并經(jīng)400℃時(shí)效4.5小時(shí)，再經(jīng)冷拉到1.5mm的絲材。測得σb≥850Mpa，σS≥450Mpa，δ為20％，Af＝125℃。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金，其特征在于采用以Mn為基的，主加有Cu，再加有Ni和Cr，輔加有N，其各組份的重量百分比為Cu 5.5～50％、Ni 1～10％、Cr 1～10％、N 0.05～0.5，其余為Mn，各組份的總和為100％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金，其特征在于所述的錳基記憶合金成份中加入Ti、Sn、Sb、Si中的一種或數(shù)種，其加量為Ti 0.5～5％、或/和Sn 0.1～5％、或/和Sb 0.1～2％、或/和Si 0.1～2％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金，其特征在于所述的錳基記憶合金成份采用25％Cu、5％Ni、3％Cr、0.1％N和1％Ti，其余為Mn。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金的制備方法，其特征在于它包括a)合金的熔煉 合金的熔煉采用陶瓷坩鍋中頻或高頻大氣熔煉，氬氣保護(hù)下熔煉，或磁懸浮熔煉獲得鑄錠，或采用Ohno Continue Castings技術(shù)熔煉獲得鑄錠；b)形成絲棒、板帶型材 將鑄錠置于保護(hù)氣氛或真空下于800～850℃/6～8小時(shí)均勻化，800～850℃開始熱軋，500～550℃終軋，650～500℃熱拉伸形成φ0.1～10mm的絲棒，或冷軋到0.1～5mm的板帶型材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金的制備方法，其特征在于所述的冷軋和冷拉伸加工變形量每道次為10～30％，中間退火溫度為600～650℃，加熱時(shí)間每克產(chǎn)品10～15秒，最終工序?yàn)?00℃，加熱時(shí)間每克產(chǎn)品10～15秒后冷水淬火，再經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化處理，時(shí)效溫度400～500℃，時(shí)效時(shí)間為2～6小時(shí)，最后冷軋，冷拉，變形量為30～40％。
全文摘要
本發(fā)明一種高強(qiáng)度高塑性高阻尼錳基記憶合金及其制備方法，特別適用于制做艦艇、船舶的螺旋槳、抗震軸瓦、消音器殼體；記憶功能零件，如溫度和力的敏感元件，眼鏡架，醫(yī)用導(dǎo)絲，外科縫合線等等。其特征在于采用以Mn為基的，主加有Cu，再加有Ni和Cr，輔加有N，其各組份的重量百分比為Cu 5.5～50％、Ni 1～10％、Cr 1～10％、N 0.05～0.5，其余為Mn，各組份的總和為100％。其制備方法中合金的熔煉采用陶瓷坩鍋中頻或高頻大氣熔煉，氬氣保護(hù)下熔煉，或磁懸浮熔煉獲得鑄錠，或采用Ohno Continue Castings技術(shù)熔煉獲得鑄錠。本發(fā)明屈服強(qiáng)度高、記憶能力好、超彈性好、不易生銹。
文檔編號C22C1/02GK1818113SQ200610038778
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者董元源, 周宏雷, 張良, 李光玲 申請人:江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院