一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金的制作方法
【專利摘要】一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金，屬于銅基記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征為：以重量百分比分別為Zn26.5～27.5wt%、Al4.5～5wt%、復(fù)合稀土0.2～1.2wt%、余量是銅的比例稱重后在中頻感應(yīng)熔煉爐中熔煉。澆注成直徑為φ80×150mm的鑄錠。鑄錠的退火處理是加熱到850℃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850℃保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35×35mm的棒材。最后進(jìn)行三種熱處理方式，對(duì)其制備的試樣進(jìn)行機(jī)械循環(huán)下滯回耗能性能的測(cè)試。
【專利說明】一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅基形狀記憶合金制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金。

【背景技術(shù)】
[0002]軟鋼由于具有變形能力強(qiáng)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而被作為耗能器的首選材料，但用軟鋼制作的耗能器卻具有初始剛度和屈服應(yīng)力低，不可重復(fù)使用等缺點(diǎn)。而形狀記憶合金與其相比顯著優(yōu)勢(shì)如下:(1)形狀記憶合金耗能器的耗能變形是通過材料內(nèi)部組織變化(馬氏體相變)發(fā)生的，合金材料內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，疲勞性能好，其使用壽命長，可反復(fù)使用；(2)具有良好的自適應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn)。而目前用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的形狀記憶合金主要是NiTi合金，但由于NiTi合金昂貴的價(jià)格(是Cu基形狀記憶合金的10倍左右)和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，嚴(yán)重地限制了合金在該方面的廣泛應(yīng)用和推廣。
[0003]形狀記憶合金的滯回耗能性能與合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性有直接的關(guān)系，合金的形狀記憶性能和超彈性在熱機(jī)循環(huán)過程中都發(fā)生一定的變化。而形狀記憶合金耗能器在使用過程中不可避免地經(jīng)受著周期變化的溫度和應(yīng)力的作用。在這樣的工作條件下，合金的記憶效應(yīng)、超彈性等力學(xué)性能指標(biāo)能否保持穩(wěn)定，直接影響著合金的滯回耗能性能，同樣也是CuZnAl形狀記憶合金耗能器能否實(shí)用化的關(guān)鍵問題。
[0004]本發(fā)明開發(fā)出一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明開發(fā)出一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Y 10?15wt%、La 10 ?15 wt% > Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% > Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt%、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算，即Ζη26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?1.2 wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ 80 X 150mm的鑄錠。退火處理是加熱到830°C?850°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830°C?850°C保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X35mm的棒材。然后采取以下三種熱處理方式:
1、水淬加時(shí)效，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫；
2、油淬加時(shí)效，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫；
3、分級(jí)淬火，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入140°C?150°C機(jī)油中，再保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫。
[0006]采用上述方法獲得Ms為一 20°C ±6°C的銅鋅鋁記憶合金。機(jī)械循環(huán)是指合金在Ms點(diǎn)以上溫度反復(fù)加載、卸載進(jìn)行應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過程。機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250mmX15mmX0.2mm，試樣的有效拉伸長度為210mm。對(duì)經(jīng)過不同熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線。在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N。合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小。
[0007]

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1水淬加時(shí)效熱處理后記憶合金多次“機(jī)械循環(huán)”后的滯回曲線圖2油淬加時(shí)效熱處理后記憶合金多次“機(jī)械循環(huán)”后的滯回曲線圖3分級(jí)淬火熱處理后記憶合金多次“機(jī)械循環(huán)”后的滯回曲線【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Y 10?15wt%>La 10 ?15 wt% >Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% >Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt %、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算，即Zn26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?
1.2wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3wt%硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到830°C?850°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830°C?850°C保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X35mm的棒材。機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250mmX 15mmX0.2mm，試樣的有效拉伸長度為210mm。對(duì)沒有熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線。在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N。合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小。
[0008]實(shí)施例2
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Y 10?15wt%>La 10 ?15 wt% >Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% >Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt%、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算，即Zn26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?
1.2wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到830°C?850°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830°C?850°C保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X 35mm的棒材。然后采取水淬加時(shí)效的熱處理方法，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫。獲得Ms為一 20°C ±6°C的銅鋅鋁記憶合金。機(jī)械循環(huán)是指合金在Ms點(diǎn)以上溫度反復(fù)加載、卸載進(jìn)行應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過程。機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250mmX15mmX0.2mm，試樣的有效拉伸長度為210mm。對(duì)經(jīng)過熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線。在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N。合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小，如圖1所示。
[0009]實(shí)施例3
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Y 10?15wt% >La 10 ?15 wt% >Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% >Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt %、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算，即Ζη26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?
1.2wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3wt%硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到830°C?850°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830°C?850°C保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X35mm的棒材。然后采取油淬加時(shí)效的熱處理方法，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫。獲得Ms為一 20°C ±6°C的銅鋅鋁記憶合金。機(jī)械循環(huán)是指合金在Ms點(diǎn)以上溫度反復(fù)加載、卸載進(jìn)行應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過程。機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250mmX 15mmX0.2mm,試樣的有效拉伸長度為210mm。對(duì)經(jīng)過熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線。在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N。合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小，如圖3所示。
[0010]實(shí)施例4
以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑(其中Y 10?15wt%>La 10 ?15 wt% >Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% >Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt %、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算，即Zn26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?
1.2wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3wt%硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到830°C?850°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830°C?850°C保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X35mm的棒材。然后采取分級(jí)淬火的熱處理方法，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入140°C?150°C機(jī)油中，再保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫。獲得Ms為一 20°C ±6°C的銅鋅鋁記憶合金。機(jī)械循環(huán)是指合金在Ms點(diǎn)以上溫度反復(fù)加載、卸載進(jìn)行應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過程。機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250_X15_X0.2mm,試樣的有效拉伸長度為210mm。對(duì)經(jīng)過熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線。利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線。在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N。合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小，如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金，其特征為:以電解銅、鋅錠O號(hào)、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、1#電解鎳、復(fù)合稀土變質(zhì)劑，其中Y 10?15wt%、La 10?15 wt % > Ce 8 ?12wt%、Tb 8 ?12 wt% > Nd 4 ?8wt%、Ni 4 ?8wt%、Pr 3 ?6wt%、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Ti 2 ?5wt%，B 2 ?5wt%，余為銅，為原料；成分按重量百分比計(jì)算，即Ζη26.5?27.5wt%、A14.5?5 wt %、復(fù)合稀土 0.2?1.2 wt %、余量是銅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)熱過的電解銅、鋅錠、鋁錠，期間要撒占合金重量0.3被％硼砂覆蓋，待材料全部熔化后，升溫至1250°C采用沖入法加入復(fù)合稀土變質(zhì)劑，澆注成直徑為Φ80Χ 150mm的鑄錠；退火處理是加熱到830°C?850V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830°C?850V保溫0.5小時(shí)后鍛打、軋制成35X35mm的棒材，然后采取三種方式處理分別是:1、水淬加時(shí)效，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫；2、油淬加時(shí)效，即830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入室溫機(jī)油中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫；3、分級(jí)淬火，SP830?850°C保溫0.5小時(shí)淬入140°C?150°C機(jī)油中，再保溫0.5小時(shí)淬入室溫水中，然后在140°C?150°C的保溫爐中時(shí)效處理2小時(shí)后取出空冷至室溫，獲得Ms為一 20°C ±6°C的銅鋅鋁記憶合金；機(jī)械循環(huán)是指合金在Ms點(diǎn)以上溫度反復(fù)加載、卸載進(jìn)行應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的過程；機(jī)械循環(huán)試樣的尺寸為:250mmX 15mmX0.2mm,試樣的有效拉伸長度為210mm，對(duì)經(jīng)過不同熱處理的銅鋅鋁合金進(jìn)行加載，當(dāng)拉力到達(dá)800N時(shí)卸載，試樣憑借其超彈性自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)；一個(gè)加載一卸載一回復(fù)的過程為一次變形，反復(fù)重復(fù)該過程，記錄每次循環(huán)后的應(yīng)力應(yīng)變曲線；利用WDW-200型微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試記憶合金的滯回曲線；在測(cè)試前所有的試樣均進(jìn)行變形量為1%的預(yù)拉伸，試驗(yàn)過程中最大的試驗(yàn)力為800N ;合金滯回曲線所包圍面積的大小反映了合金滯回性能的好壞，從而反映合金耗能性能的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金，采取油淬加時(shí)效處理后，記憶合金滯回耗能性能的穩(wěn)定性最好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高機(jī)械循環(huán)下超彈性滯回耗能的銅鋅鋁記憶合金，無論經(jīng)過水淬加時(shí)效、油淬加時(shí)效還是分級(jí)淬火處理,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,記憶合金的滯回曲線面積趨于穩(wěn)定值。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK104232982SQ201310238945
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】白高鵬, 李曉薇, 司松海, 劉光磊, 齊克堯 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司