一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑的制作方法
【專利摘要】一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑，屬于記憶合金制備【技術領域】，其特征為Nd10～15wt％、La10～15wt％、Y8～12wt％、Ce8～12wt％、Tb5～8wt％、Gd5～8wt％、Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu為10～20wt%，Zr3～6wt%、Ti2～5wt%、B2～5wt%，余為銅。所述復合稀土變質劑為塊狀合金，熔點范圍850～1150℃，復合稀土變質劑加入量范圍為0.2～1.0wt%。
【專利說明】一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑
【技術領域】
[0001]本發明屬于記憶合金制備【技術領域】，特指一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑。
【背景技術】
[0002]自從英國的Delat記憶金屬公司發現銅基記憶合金以后，銅基記憶合金的研究迅速展開。目前來說，在記憶合金材料中，銅基合金材料占的比例最大。銅基記憶合金盡管某些特性不及NiTi合金，但由于加工容易，原材料來源廣泛，成本低廉(只及NiTi合金的1/10)，而受到大批研究者的青睞。在已發現的記憶合金中銅基合金占的比例最多，主要可以分為Cu-Zn和Cu-Al兩大類，其中最具有實用價值的是CuZnAl系和CuAlNi系。近年又發展了 CuAlMn系。雖然銅基記憶合金具有良好的形狀記憶效應和低廉的價格，前景十分誘人，然而在實用過程中，發現存在馬氏體穩定化、延性差、易發生晶界破壞，以及疲勞壽命短等問題，因此它只在性能要求不高以及要求降低成本的情況下使用。Cu基記憶合金容易發生晶界破壞的原因大致有彈性各向異性因子過大、晶粒尺寸過大、晶界處有偏析，導致晶界自身脆化等。為了改善延性，抑制晶界破壞，提高疲勞壽命，主要的途徑是細化晶粒。主要方法有:①添加合金元素，②快速凝固法，③粉末冶金法。通常使用第一種方法，即在銅基合金中添加一種或幾種溶解度很小的或者能和合金中的某元素形成微細化合物的元素，在凝固過程中促進細小等軸晶形成，或在熱加工和熱處理過程中阻止晶粒長大，從而獲得細晶組織。
本發明開發出一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑。
【發明內容】
[0003]本發明開發出一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑，其特征為Nd 10 ?15wt%、La 10 ?15 wt%>Y 8 ?12wt%、Ce 8 ?12wt%、Tb 5 ?8 wt%>Gd 5 ?8 wt % > Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%, Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%,余為銅。所述復合稀土變質劑為塊狀合金，熔點范圍850?1150°C，復合稀土變質劑加入量范圍為0.2?1.0wt%o
上述成分可優化為:Nd 12?13wt%、La 12?13 wt%, Y 10?IIwt%、Ce 10?I Iwt %、Tb 6 ?7 wt %、Gd 6 ?7 wt% > Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 14 ?16wt%, Zr 4 ?5wt%、Ti 3?4wt%、B 3?4wt%，余為銅。復合稀土變質劑最佳加入量范圍為0.7wt%。
本發明復合稀土變質劑輔以多種稀土元素及其它元素，避免單獨使用一種稀土元素或一種其它元素時對材料綜合性能提高不明顯的缺點，復合稀土變質劑與銅鋅鋁記憶合金元素發生交互和變質作用，達到凈化合金液、去除雜質，細化晶粒、強化晶界，使組織得到優化，可大幅度提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
圖1熱疲勞試樣尺寸圖圖2復合稀土變質劑加入量對銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的影響
■復合稀土變質劑加入量為0.2 wt %，▲復合稀土變質劑加入量為0.7 wt %，?復合稀土變質劑加入量為1.0 wt %，從圖2中可以看出，試樣標記為▲的熱疲勞性能最好。
實施例1
以電解銅、O號鋅錠、AOO號鋁錠、I號電解鎳、復合稀土變質劑(優化的成分)為原料。成分按Zn25.25 wt %、Α13.75wt %、N1.9 wt %、復合稀土變質劑0.2 wt %、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預熱過的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復合稀土變質劑，熔煉過程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進行兩級時效的熱處理，即820_840°C保溫I小時淬入室溫機油中，然后在預先準備好的100°C沸水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫。通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個側面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在室溫20°C至400°C之間進行加熱與冷卻的熱循環，采用計數器進行自動計數，調整并保持爐溫準確，水溫20°C (流動自來水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個循環，每次循環加熱時間為120s，入水冷卻時間為15s，直至預定循環次數。每循環設定次數，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測量表面裂紋長度，試樣標記為■，熱疲勞性能見圖2。
實施例2
以電解銅、O號鋅錠、AOO號鋁錠、I號電解鎳、復合稀土變質劑(優化的成分)為原料。成分按Zn25.25 wt %、Α13.75wt %、N1.9 wt %、復合稀土變質劑0.7 wt %、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預熱過的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復合稀土變質劑，熔煉過程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進行兩級時效的熱處理，即820_840°C保溫I小時淬入室溫機油中，然后在預先準備好的100°C沸水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫。通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個側面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在室溫20°C至400°C之間進行加熱與冷卻的熱循環，采用計數器進行自動計數，調整并保持爐溫準確，水溫20°C (流動自來水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個循環，每次循環加熱時間為120s，入水冷卻時間為15s，直至預定循環次數。每循環設定次數，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測量表面裂紋長度，試樣標記為▲，熱疲勞性能見圖2。 實施例3
以電解銅、O號鋅錠、AOO號鋁錠、I號電解鎳、復合稀土變質劑(優化的成分)為原料。成分按Zn25.25 wt %、A13.75wt %、Ni0.9 wt %、復合稀土變質劑1.0wt %、余量是Cu的比例稱重后在中頻感應熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入預熱過的電解銅、電解鎳、鋁錠，后加入鋅錠和復合稀土變質劑，熔煉過程中要加入少量硼砂覆蓋，加入量為金屬液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升溫至1280°C-1300°C，澆注成直徑為Φ80Χ150πιπι的鑄錠。退火處理是加熱到820°C保溫24小時后隨爐冷卻，然后車削去除表面2-3mm的脫鋅層，再將鑄錠在840°C保溫半小時后鍛打成45 X 45mm的棒材。最后進行兩級時效的熱處理，即820_840°C保溫I小時淬入室溫機油中，然后在預先準備好的100°C沸水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫，再在50°C水中保溫0.5小時后取出空冷至室溫。通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40 mm、寬10 mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個側面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在室溫20°C至400°C之間進行加熱與冷卻的熱循環，采用計數器進行自動計數，調整并保持爐溫準確，水溫20°C (流動自來水)。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個循環，每次循環加熱時間為120s，入水冷卻時間為15s，直至預定循環次數。每循環設定次數，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測量表面裂紋長度，試樣標記為?，熱疲勞性能見圖2。
【權利要求】
1.一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑，其特征為Nd 10?15wt%、La 10 ?15 wt%、Y 8 ?12wt%、Ce 8 ?12wt%、Tb 5 ?8 wt%、Gd 5 ?8 wt%、Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 10 ?20wt%，Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%，余為銅；所述復合稀土變質劑為塊狀合金，熔點范圍850?1150°C，復合稀土變質劑加入量范圍為0.2 ?1.0wt%o
2.根據權利要求1所述一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑，上述成分可優化為:Nd 12 ?13wt%、La 12 ?13 wt%、Y 10 ?IIwt%、Ce 10 ?IIwt%、Tb6?7 wt%、Gd 6 ?7 wt % λ Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu 為 14 ?16wt%，Zr 4 ?5wt%、Ti 3 ?4wt%、B 3 ?4wt%，余為銅。
3.根據權利要求1所述一種提高銅鋅鋁記憶合金熱疲勞性能的復合稀土變質劑，復合稀土變質劑最佳加入量范圍為0.7wt%。
【文檔編號】C22C9/04GK104232950SQ201310234494
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2013年6月14日
【發明者】劉光磊, 王文華, 司松海, 李曉薇, 張扣山 申請人:鎮江憶諾唯記憶合金有限公司