CN101886186B - 一种高温形状记忆铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu。本发明还提供了一种高温形状记忆铜合金的制备方法。本发明的高温形状记忆铜合金及其制备方法具有下列技术效果：1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的高温形状记忆性能；2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温形状记忆铜合金及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
目前金属材料领域中，铜合金的形状记忆性能受到了越来越多的重视。
中国专利CN200610161600.1公开了一种铜锌铝形状记忆合金耐磨材料及其制备方法，涉及一种形状记忆合金材料的制备技术领域，制备方法为：以电解铜、0#锌、00#铝、电解镍为原材料，按成分配比加入复合稀土细化剂进行熔炼，当合金液温度达到1230℃～1250℃时，浇注成铸锭，加热到800℃～820℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2～3mm的脱锌层，再锻造成板材，在830～870℃+130～170℃+40～60℃条件下进行两级时效热处理。铜锌铝形状记忆合金耐磨材料按质量百分数计，Zn24.5％～26％，Al3.7％～3.8％，Ni0.9％～1.0％，0.06％～0.09％的复合稀土细化剂，复合稀土细化剂的组成以质量百分数计，为La45.5％，Ce44.9％，Gd7.7％，Nd1.9％，余为铜。中国专利CN200810019822.9公开了一种提高复合稀土铜锌铝形状记忆合金双程记忆效应的方法。其特征为：制备复合稀土铜锌铝形状记忆合金，其化学成分(重量百分比)为，Zn22％-26％，Al3％-4％，特种复合稀土变质剂0.2％-0.6％，余为铜。熔炼后浇注成直径为
的铸锭。退火处理是加热到820℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2-3mm的脱锌层，再锻打至11mm厚的板材，最后轧制成0.3mm薄板。设置热处理工艺，其具体工艺为：820℃-850℃保温20-40分钟后淬入室温油中，再依次进行140-160℃油中保温20-40分钟、90-100℃水中保温20-30分钟、40-50℃水中保温20-30分钟三级时效处理。选取的预应变量分别是为15％。循环介质分别为100℃油和室温水。在此工艺参数下进行20次约束循环训练。以上两种记忆合金由于都使用大量的锌，因此难以提高马氏体的相变温度。
中国专利CN200710009646.6公开了一种镍锰铜镓高温形状记忆合金及其制备方法，涉及一种合金。提供一种具有高马氏体相变温度，较好塑性的镍锰铜镓高温形状记忆合金及其制备方法。其组成及其按原子百分比的含量为镍50％～57％、锰17％～25％、铜1％～8％、镓17％～25％。将镍、锰、铜和镓放入炉内，抽真空充入氩气熔炼，得镍锰铜镓高温形状记忆合金锭材；将合金锭材热处理，温度为850～900℃，随炉冷却；将经过热处理的镍锰铜镓高温形状记忆合金锭材在850～950℃热轧，将镍锰铜镓高温形状记忆合金锭材热轧成片状合金材料；将得到的片状合金材料用线切割方法切成试样，热处理后，冰水淬火，即得到镍锰铜镓高温形状记忆合金。上述的记忆合金中加入镓的量非常高，由于镓的成本很高，因此导致生产成本加大。另外镓及其化合物有毒，毒性远远超过汞和砷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种高温形状记忆铜合金及其制备方法。
本发明的高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu。
优选地，
本发明的高温形状记忆铜合金，按照重量百分比包括下列成分：
Ni 7％，Al 9％，Sb 0.7％，Mn 3％，Gd 0.06％，Dy 0.2％，Y 0.01％，其余为Cu。
铜合金的基体组织致密，基体上弥散分布有细小的化合物相。
本发明合金各成分及其成分的含量的选择基于下列理由：
Ni：含量为6％～8％，Ni和Cu、Al形成形状记忆合金的基体组织；Ni含量低于6％，达不到效果；Ni含量高于8％，Ni会过多消耗Al形成NiAl中间化合物，降低达稳定时的回复率；
Al：含量为7％～11％，Al和Cu、Ni形成形状记忆合金的基体组织；Al含量低于7％，达不到效果；Al含量高于11％，形成过多的γ2相，降低达稳定时的回复率；
Sb：含量为0.5％～0.9％；Sb和Cu、Mn形成化合相。Sb含量低于0.5％，达不到效果；Sb含量高于0.9％，化合物相过多，会降低合金的塑性和抗拉强度，因为Sb增多，化合物相在晶界上形成网状，降低材料的韧性。
Mn：含量为2％～5％；Mn和Sb、Cu形成化合相。Mn含量低于2％，达不到效果；Mn含量高于5％，化合物相过多，会降低合金的塑性和抗拉强度，因为Mn增多，化合物相在晶界上形成网状，降低材料的韧性。
Gd：含量为0.03％～0.09％，Gd有圆整化合物相的作用，该相具有良好减摩作用，同时有合金强化作用。Gd、Dy和Y共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而且能细化基体组织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合金的延展性及抗疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Gd含量低于0.03％，达不到效果；Gd含量高于0.09％，由于Gd为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。
Dy：含量为0.05％～0.5％；Dy和Gd、Y共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而且能细化基体组织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合金的延展性及抗疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Dy含量低于0.05％，达不到效果；Dy含量高于0.5％，由于Dy为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。
Y：含量为0.005％～0.02％；Y和Gd、Dy共同作用不仅可细化复杂化合物颗粒，而且能细化基体组织的作用，通过晶粒细化可以降低铜基合金沿晶断裂的倾向，从而改善合金的延展性及抗疲劳性能，提高形状记忆的稳定性。Y含量低于0.005％，达不到效果；Y含量高于0.02％，由于Y为稀土元素，过多使用，不仅提高材料成本，也会形成一些过量化合物，降低材料的力学性能。
本发明的高温形状记忆铜合金的制备方法，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、Gd、Dy、Y均使用纯金属颗粒；
2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190℃，得到铸态合金；然后再重熔使其均匀化，熔炼温度为1160-1190℃，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；
3)将熔炼好的片状合金在830-860℃的条件下均匀退火，退火时间为6-8h；退火结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。
本发明的高温形状记忆铜合金及其制备方法具有下列技术效果：
1、由于选用了适合的成分及其含量，各成分之间共同作用，生产的合金材料性能好，具有更好的高温形状记忆性能；
2、合金制备工艺简便，生产成本低，非常便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的高温形状记忆铜合金的金相组织。
具体实施方式
实施例1
本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分Ni 6％，Al 7％，Sb 0.5％，Mn 2％，Gd 0.03％，Dy 0.05％，Y 0.005％，其余为Cu。该高温形状记忆铜合金上带有细小而分散的化合物相，如图1所示。
本实施例的高温形状记忆铜合金的制备，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、Gd、Dy、Y均使用纯金属颗粒；
2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190℃，得到铸态合金；然后再重熔使其均匀化，熔炼温度为1160-1190℃，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；
3)将熔炼好的片状合金在830-860℃的条件下均匀退火，退火时间为6-8h；退火结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。
实施例2
本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Ni 8％，Al 11％，Sb 0.9％，Mn 5％，Gd 0.09％，Dy 0.5％，Y0.02％，其余为Cu。该高温形状记忆铜合金上带有细小而分散的的晶粒，制备方法参照实施例1。
实施例3
本实施例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Ni 7％，Al 9％，Sb 0.7％，Mn 3％，Gd 0.06％，Dy 0.2％，Y 0.01％，其余为Cu。该高温形状记忆铜合金上带有细小而分散的化合物相，制备方法参照实施例1。
对照例1
本对照例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Ni 5％，Al 6％，Sb 0.4％，Mn 1％，Gd 0.02％，Dy 0.04％，Y 0.004％，其余为Cu。制备方法参照实施例1。
对照例2
本对照例的高温形状记忆铜合金按照重量百分比包括下列成分：Ni 9％，Al 12％，Sb 1.0％，Mn 6％，Gd 0.1％，Dy 0.6％，Y0.03％，其余为Cu。制备方法参照实施例1。
实施例4
比较背景技术、对照例和实施例中的高温形状记忆铜合金的逆马氏体相变温度、达稳定时回复率和最大断裂伸长率，其结果如表1所示：
表1合金性能对照：
从上表可以看出，实施例1-3的高温形状记忆铜合金的达稳定时回复率、最大断裂伸长率和逆马氏体相变温度，都要好于对照例和背景技术，本发明的高温形状记忆铜合金具有更好的合金性能。
Claims (4)
1.一种高温形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu。
2.根据权利要求1所述的高温形状记忆铜合金，其特征在于，按照重量百分比包括下列成分：Ni 7％，Al 9％，Sb 0.7％，Mn3％，Gd 0.06％，Dy 0.2％，Y 0.01％，其余为Cu。
3.一种高温形状记忆铜合金的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)准备各组分的原料，其中Al用电解铝板，Cu用电解铜棒，Ni、Mn用金属锭，Sb、Gd、Dy、Y均使用纯金属颗粒；其中各成分的重量百分比为：Ni 6％～8％，Al 7～11％，Sb 0.5％～0.9％，Mn 2％～5％，Gd 0.03％～0.09％，Dy 0.05％～0.5％，Y 0.005％～0.02％，其余为Cu；
2)将原料置于加热炉进行熔炼，熔炼温度为1110-1190℃，得到铸态合金；然后再重熔使其均匀化，熔炼温度为1160-1190℃，重熔后浇铸成约4mm厚的片状；
3)将熔炼好的片状合金在830-860℃的条件下均匀退火，退火时间为6-8h；退火结束后，切割成8mm-12mm的方块，即获得高温形状记忆铜合金。
4.根据权利要求3所述的高温形状记忆铜合金的制备方法，其特征在于，步骤1)中各成分的重量百分比为：Ni 7％，Al 9％，Sb 0.7％，Mn 3％，Gd 0.06％，Dy 0.2％，Y 0.01％，其余为Cu。
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