CN105369043B - 高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金及制备方法 - Google Patents

高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法：首先采用定向凝固方法制备具有高超弹性的柱状晶组织Cu‑Al‑Mn合金坯料，再通过热处理提升所述合金坯料的马氏体相变临界应力，从而获得具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu‑Al‑Mn形状记忆合金。本发明制备的Cu‑Al‑Mn形状记忆合金具有柱状晶组织，室温下相组成包括β奥氏体与贝氏体，所述形状记忆合金的超弹性可达5％‑10％，马氏体相变临界应力可达440MPa‑700MPa，抗拉强度可达550MPa～800MPa，弹性模量可达34GPa～55GPa，维氏硬度为290Hv～370Hv。

Description

高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，涉及一种高超弹性高马氏体相变临界应力Cu-Al-Mn形状记忆合金的制备方法。
背景技术
形状记忆合金是一种集感知和驱动于一体的智能材料，可以制成传感器、探测器、阻尼器件、能量转换器以及智能微型装置等，广泛应用于电子通信、医疗卫生、机械制造、航空航天、能源化工以及日常生活等众多领域。Cu-Al-Mn形状记忆合金是一种重要的Cu基形状记忆合金，由于其价格低廉(相当于NiTi形状记忆合金的1/10)、形状记忆性能良好，且导热导电性能优异，已成为最具应用潜力的新型形状记忆合金。
随着材料智能化和智能***的不断发展，对形状记忆合金的综合性能提出了更高的要求，其中高超弹性和高马氏体相变临界应力是最主要的性能发展趋势。然而，常规铸造方法制备的普通多晶组织Cu-Al-Mn形状记忆合金的超弹性仅为3％左右，马氏体相变临界应力一般小于400MPa；而单晶Cu-Al-Mn形状记忆合金超弹性虽然可达10％以上，但其马氏体相变临界应力仅为100MPa左右，导致合金应用时所能提供的驱动力和疲劳强度都很低，极大的限制了合金的应用。
一般来讲，提升金属材料强度的主要方法有添加合金元素、细晶强化、形变强化和热处理强化等。但对于形状记忆合金，添加合金元素会严重影响合金的相变温度、超弹性和形状记忆性能等重要使用性能，例如添加Zn、Fe、Co、Ni、Ti等合金元素会在一定程度提高合金的强度，但是会严重的降低合金的超弹性和形状记忆性能。制备细晶或超细晶组织形状记忆合金，合金的强度和韧性会得到提升，但由于晶界的大量增多，对马氏体相变的阻碍作用显著增大，会导致合金的超弹性和形状记忆性能严重下降。形变强化的效果与细晶强化类似，由于位错等缺陷的大量产生，也会导致合金使用性能的恶化。热处理强化是一种可行的形状记忆合金强化方法。在一定温度范围内对Cu-Al-Mn形状记忆合金进行热处理，合金可析出具有高硬度、高强度的贝氏体相，从而提升形状记忆合金的硬度、马氏体相变临界应力和疲劳强度等(析出强化)，且合金的超弹性随热处理温度和时间的升高(延长)缓慢下降。单晶Cu-Al-Mn形状记忆合金经热处理后其强度虽然能够获得提升，但由于单晶体中不存在晶界，热处理后合金的马氏体相变临界应力不超过400MPa。目前，制备同时具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金仍面临极大的挑战。
发明内容
本发明基于柱状晶组织形状记忆合金具有高超弹性以及贝氏体析出可大幅提升Cu-Al-Mn形状记忆合金马氏体相变临界应力的特点，通过采用定向凝固+热处理的制备方法，对合金组织和相组成进行精确控制，从而获得同时具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金。
本发明的目的在于提供一种具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金及其制备方法，解决目前高超弹性高马氏体相变临界应力Cu基形状记忆合金制备困难的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法具体是：首先采用定向凝固方法制备具有高超弹性的柱状晶组织Cu-Al-Mn合金坯料，再通过热处理提高所述合金坯料的马氏体相变临界应力，从而获得具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金。
进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：以纯度均高于99.9％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料；配比时，以原子数百分含量计，选取的铝、铜及锰的含量分别为：铝：16at％～24at％，锰：9at％～13at％，铜：63at％～75at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1100℃～1200℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1000℃～1100℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得Cu-Al-Mn合金坯料；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法或电阻测量法；
(4)制备Cu-Al-Mn形状记忆合金：对步骤(2)中制备的所述Cu-Al-Mn合金坯料进行热处理，热处理条件：热处理温度高于马氏体相变开始温度Ms 200℃-500℃；热处理时间为1min-100h，热处理后进行空冷或水淬，获得所述Cu-Al-Mn形状记忆合金。
进一步地，步骤(2)制备合金坯料过程中，制备获得的所述Cu-Al-Mn合金坯料为柱状晶组织，所述Cu-Al-Mn合金坯料由β奥氏体单相组成。
进一步地，步骤(4)中所述热处理温度和所述热处理时间是根据热处理后合金的性能确定的，所述热处理后合金的性能与所述热处理温度及所述热处理时间的关系满足公式[1]：
y(T，t)＝y∞+(y0-y∞)/{1+[a·exp(-b·T)·t]n} [1]
公式[1]中：y(T，t)表示在热处理温度为T、热处理时间为t的条件下热处理后合金的性能，所述热处理后合金的性能包括马氏体相变临界应力、抗拉强度、硬度、弹性模量及超弹性中的全部或其中任意的组合；y0表示热处理前合金的性能值，热处理前t＝0；y∞表示热处时间无限长时合金的性能值，所述热处时间无限长是指t≥100h；公式[1]中a、b和n为材料常数。
进一步地，公式[1]中材料常数a、b和n以及制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理处理温度T和热处理处理时间t的计算方法包括如下步骤：
(1)热处理预实验：在高于马氏体相变开始温度Ms 200℃～500℃的温度范围内选取不少于4个热处理温度T值，并在1min～100h的时间范围内选取不少于4个热处理时间t值进行热处理预实验，所述热处理预实验中所述热处理温度T和热处理时间t的选取应尽量分散，并保证有一组预实验中的热处理时间t为100h；
(2)合金性能测试：将步骤(1)热处理预实验前以及热处理预实验后的合金样品进行合金性能测试，所述合金性能包括马氏体相变临界应力、抗拉强度、硬度、弹性模量及超弹性，测得所述热处理前合金的性能值y0、热处时间无限长时合金的性能值y∞值和一系列不同热处理温度及时间的y(T，t)值，然后根据公式[1]对数值进行拟合，得到a、b和n的值；
(3)制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理温度T和热处理时间t的计算：首先确定所要制备的所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的合金性能y，然后将步骤(2)中的测得的材料常数a、b和n的值以及所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的合金性能y代入式(1)中，即可计算出制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理温度T和热处理时间t。
进一步地，步骤(1)热处理预实验中所述热处理时间为1min～100h，且有一组预实验的热处理时间为100h。
具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金，根据所述的高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法制备获得，以原子数百分含量计，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的主要成分为：铝：16at％～24at％，锰：9at％～13at％，铜：63at％～75at％，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金为柱状晶组织，室温下所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的相组成包括β奥氏体与贝氏体，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金中贝氏体相含量为33％～77％、超弹性为5％～10％、马氏体相变临界应力为440MPa～700Mpa。
进一步地，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的抗拉强度为550Mpa～800Mpa、弹性模量为34GPa～55Gpa以及维氏硬度为290Hv～370Hv。
附图说明
图1：定向凝固制备的柱状晶组织Cu70.9Al17.9Mn11.2合金坯料的金相照片；
图2定向凝固制备的柱状晶组织Cu70.9Al17.9Mn11.2合金坯料的超弹性应力-应变曲线；
图3经350℃热处理60min后的柱状晶组织Cu70.9Al17.9Mn11.2形状记忆合金的金相照片，其中灰色针片状的为贝氏体析出相，基体为奥氏体相；
图4经350℃热处理30min后的柱状晶组织Cu70.9Al17.9Mn11.2形状记忆合金的超弹性应力-应变曲线；
图5柱状晶组织Cu70Al20Mn10形状记忆合金超弹性和马氏体相变临界应力随热处理温度和热处理时间变化的等高线，其中阴影部分对应于超弹性大于5％且马氏体相变临界应力大于440MPa的高超弹性高马氏体相变临界应力区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：选取纯度为99.95％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料，以原子数百分含量计，选取的铝、铜及锰对应的含量分别为：铝：17.9at％，锰：11.2at％，铜：70.9at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1200℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1100℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得尺寸为150mm×80mm×50mm的Cu70.9Al17.9Mn11.2合金坯料；所述Cu70.9Al17.9Mn11.2合金坯料为柱状晶组织，其金相组织如图1所示，由β奥氏体单相组成，并其超弹性应力-应变曲线如图2所示；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法(DSC)，测得所述Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms为-50℃；并测得室温下超弹性为14.8％，马氏体相变临界应力为210MPa；
(4)制备高超弹性高马氏体相变临界应力Cu-Al-Mn形状记忆合金：对步骤(2)中制备的所述Cu-Al-Mn合金坯料进行热处理，热处理条件：热处理温度高于马氏体相变开始温度Ms 350℃，为300℃；热处理时间为5min-725min，热处理后进行空冷或水淬，热处理后其硬度、临界应力、弹性模量和超弹性如表1所示。采用差热分析法测量热处理前后合金的马氏体相变开始温度，结果显示热处理后马氏体相变开始温度Ms变化小于30℃。在热处理120min-300min范围内，可以获得超弹性5％-8.3％、马氏体相变临界应力为453MPa-674MPa的高超弹性高马氏体相变临界应力Cu-Al-Mn形状记忆合金。
本实施例中热处理温度还可以选取高于马氏体相变开始温度Ms400℃，即热处理温度为350℃，并当热处理时间为60min，选取该热处理条件处理后进行空冷的样品，图3和图4分别是所述空冷样品的金相照片和超弹性应力-应变曲线。由图3所示，热处理后，出现针片状的贝氏体析出相，析出的贝氏体与柱状晶晶界具有相互作用，使合金可以获得显著优于单晶组织的强化效果。
表1柱状晶组织Cu70.9Al17.9Mn11.2合金300℃热处理不同时间后的性能值
实施例2
一种高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：选取纯度为99.95％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料，以原子数百分含量计，选取的铝、铜及锰对应的含量分别为：铝：19.9at％，锰：9.8at％，铜：70.3at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1150℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1050℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得尺寸为150mm×Φ50mm的Cu70.3Al19.9Mn9.8合金坯料；所述Cu70.3Al19.9Mn9.8合金坯料为柱状晶组织；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法(DSC)，测得所述Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms为-61℃；并测得室温下超弹性为14.5％，马氏体相变临界应力为262MPa；
(4)制备高超弹性高马氏体相变临界应力Cu-Al-Mn形状记忆合金：对步骤(2)中制备的所述Cu-Al-Mn合金坯料进行热处理，热处理条件：热处理温度高于马氏体相变开始温度Ms 411℃，为350℃；热处理时间为5min-600min；热处理后进行空冷或水淬。采用差热分析法测量热处理前后合金的马氏体相变开始温度，结果显示热处理后马氏体相变开始温度Ms变化小于30℃，热处理后其硬度、临界应力、弹性模量和超弹性如表2所示，在热处理30min-90min范围内，可以获得超弹性5％-9.8％、马氏体相变临界应力为480MPa-700MPa的高超弹性高马氏体相变临界应力Cu-Al-Mn形状记忆合金。
表2柱状晶组织Cu70.3Al19.9Mn9.8合金350℃热处理不同时间后的性能值
实施例3
一种高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：选取纯度为99.95％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料，以原子数百分含量计，选取的铝、铜及锰对应的含量分别为：铝：16.4at％，锰：11.3at％，铜：72.3at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1200℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1100℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得尺寸为150mm×Φ50mm的Cu70.3Al19.9Mn9.8合金坯料；所述Cu70.3Al19.9Mn9.8合金坯料为柱状晶组织；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法(DSC)，测得所述Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms为-24.1℃；并测得室温下超弹性为16.0％，马氏体相变临界应力为180MPa；
(4)热处理预实验：在200℃、250℃、300℃、350℃和400℃五组温度条件下进行热处理，每组温度下均设置10min、30min、1h、10h和100h五个热处理时间；
(5)合金性能测试及合金表材料常数的确定：对步骤(4)热处理预实验之前以及热处理预实验之后的合金样品进行合金性能值的测试，所述合金性能包括马氏体相变临界应力、硬度、弹性模量及超弹性，其中：热处理前合金的性能值用y0表示、热处时间无限长时合金的性能值用y∞表示以及热处理温度为T、热处理时间为t条件下热处理后合金的性能值用y(T，t)表示。
分别将测得的合金各性能值代入公式[1]中进行数值拟合：
y(T，t)＝y∞+(y0-y∞)/{1+[a·exp(-b·T)·t]n} [1]
分别得到该合金各性能对应的材料常数a、b和n的值；
(6)获得各性能随热处理温度T(单位：开尔文)和热处理时间t(单位：秒)的函数关系如下：
马氏体相变临界应力(MPa)：
σMs(T，t)＝900-720/{1+[2285·exp(-10047/T)·t]1.1}；
硬度(Hv)：HV(T，t)＝400-122/{1+[2285·exp(-10047/T)·t]1.4}；
弹性模量(GPa)：
E(T，t)＝70-50/{1+[2285·exp(-10047/T)·t]1.3}；
超弹性(％)：SE(T，t)＝16/{1+[2285·exp(-10047/T)·t]0.9}。
根据上述性能方程，可通过控制热处理温度T和热处理时间t，可使合金马氏体相变临界应力、硬度、弹性模量和超弹性在180MPa-900MPa、278Hv-400Hv、20GPa-70GPa和16％-0％范围内调节。
实施例4
一种高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，所述形状记忆合金的制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：选取纯度为99.95％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料，以原子数百分含量计，选取的铝、铜及锰对应的含量分别为：铝：20at％，锰：10at％，铜：70at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1100℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1000℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得尺寸为150mm×Φ50mm的Cu70Al20Mn10合金坯料；所述Cu70Al20Mn10合金坯料为柱状晶组织；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始温度Ms的测量方法为差热分析法(DSC)，测得所述Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms为-61.2℃；并测得室温下超弹性为15.5％，马氏体相变临界应力为262MPa；
(4)热处理预实验：在250℃、300℃、350℃和400℃四组温度条件下进行热处理，每组温度下均设置2h、10h、50h和100h五个热处理时间；在预实验中，为了得到一条性能随热处理时间变化的曲线，需要至少4组热处理时间数据，必须要获得热处理无限长时间的性能值，一般实验中普遍认同将热处理时间≥100h近似的认为等同于热处理无限长时间，考虑到实际实验时的时间成本，一般取100h作为热处理的时间上限，因此，在本专利中要求预实验中热处理时间1min-100h的时间范围内选取，并保证有一组预实验中的热处理时间为100h，即保证能够获得“热处理无限长时间的性能值”。
(5)合金性能测试及合金表材料常数的确定：对步骤(4)热处理预实验之前以及热处理预实验之后的合金样品进行合金性能值的测试，所述合金性能包括马氏体相变临界应力、硬度、弹性模量及超弹性，其中：热处理前合金的性能值用y0表示、热处时间无限长时合金的性能值用y∞表示以及热处理温度为T、热处理时间为t条件下热处理后合金的性能值用y(T，t)表示。
分别将测得的合金各性能值代入公式[1]中进行数值拟合：
y(T，t)＝y∞+(y0-y∞)/{1+[a·exp(-b·T)·t]n} [1]
分别得到该合金各性能对应的材料常数a、b和n的值；
(6)获得各性能随热处理温度T(单位：开尔文)和热处理时间t(单位：秒)的函数关系如下：
马氏体相变临界应力(MPa)：
σMs(T，t)＝900-679/{1+[919·exp(-9291/T)·t]1.1}；；
硬度(Hv)：HV(T，t)＝400-140/{1+[919·exp(-9291/T)·t]1.4}；
弹性模量(GPa)：
E(T，t)＝70-50/{1+[919·exp(-9291/T)·t]1.3}；
超弹性(％)：SE(T，t)＝14/{1+[919·exp(-9291/T)·t]0.9}。
根据上述性能方程，可通过控制热处理温度T和热处理时间t，可使合金马氏体相变临界应力、硬度、弹性模量和超弹性在221MPa-900MPa、260Hv-400Hv、20GPa-70GPa和14％-0％范围内调节。
并计算出超弹性与马氏体相变临界应力随热处理时间和热处理温度变化的等高线图(如图5所示)。在图5的阴影范围所示的热处理条件下，可以获得超弹性为5％-9％、马氏体相变临界应力为443MPa-677MPa的高超弹性高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金。

Claims (8)

1.高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述形状记忆合金的制备方法具体是：首先采用定向凝固方法制备具有高超弹性的柱状晶组织Cu-Al-Mn合金坯料，再通过热处理提高所述合金坯料的马氏体相变临界应力，从而获得具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金；
热处理后出现针片状的贝氏体析出相，热处理条件：热处理温度高于马氏体相变开始温度Ms 200℃-500℃；热处理时间为1min-100h；
室温下所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的相组成包括β奥氏体与贝氏体。
2.根据权利要求1所述高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)材料的准备及配比：以纯度均高于99.9％的无氧铜、电解铝和电解锰为原料；所述原料中铝、铜及锰的含量分别为：铝：16at％～24at％，锰：9at％～13at％，铜：63at％～75at％；
(2)制备合金坯料：将步骤(1)中配比的原料进行熔炼，熔炼温度为1100℃～1200℃；然后进行定向凝固，所述定向凝固过程采用石墨铸型周向加热，所述石墨铸型温度为1000℃～1100℃，所述石墨铸型置于铜模底座上，所述铜模底座的冷却方式为水冷，将熔炼获得的金属液注入石墨铸型，然后停止对所述石墨铸型周向加热，所述金属液自下而上定向凝固，制备获得Cu-Al-Mn合金坯料；
(3)马氏体相变开始温度Ms的测量：测量步骤(2)所制备的Cu-Al-Mn合金坯料的马氏体相变开始温度Ms，所述马氏体相变开始 温度Ms的测量方法为差热分析法或电阻测量法；
(4)制备Cu-Al-Mn形状记忆合金：对步骤(2)中制备的所述Cu-Al-Mn合金坯料进行热处理，热处理后进行空冷或水淬，获得所述Cu-Al-Mn形状记忆合金。
3.根据权利要求2所述高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)制备合金坯料过程中，制备获得的所述Cu-Al-Mn合金坯料为柱状晶组织，所述Cu-Al-Mn合金坯料由β奥氏体单相组成。
4.根据权利要求2所述高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述热处理温度和所述热处理时间是根据热处理后合金的性能确定的，所述热处理后合金的性能与所述热处理温度及所述热处理时间的关系满足公式[1]：
y(T,t)＝y∞+(y0-y∞)/{1+[a·exp(-b·T)·t]n} [1]
公式[1]中：y(T,t)表示在热处理温度为T、热处理时间为t的条件下热处理后合金的性能，所述热处理后合金的性能包括马氏体相变临界应力、抗拉强度、硬度、弹性模量及超弹性中的全部或其中任意的组合；y0表示热处理前合金的性能值，热处理前t＝0；y∞表示热处时间无限长时合金的性能值，所述热处时间无限长是指t≥100h；公式[1]中a、b和n为材料常数。
5.根据权利要求4所述高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，公式[1]中材料常数a、b和n以及制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理处理温度T和热处理 处理时间t的计算方法包括如下步骤：
(1)热处理预实验：在高于马氏体相变开始温度Ms 200℃～500℃的温度范围内选取不少于4个热处理温度T值，并在1min～100h的时间范围内选取不少于4个热处理时间t值进行热处理预实验，所述热处理预实验中所述热处理温度T和热处理时间t的选取应尽量分散，并保证有一组预实验中的热处理时间t为100h；
(2)合金性能测试：将步骤(1)热处理预实验前以及热处理预实验后的合金样品进行合金性能测试，所述合金性能包括马氏体相变临界应力、抗拉强度、硬度、弹性模量及超弹性，测得所述热处理前合金的性能值y0、热处时间无限长时合金的性能值y∞值和一系列不同热处理温度及时间的y(T,t)值，然后根据公式[1]对数值进行拟合，得到a、b和n的值；
(3)制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理温度T和热处理时间t的计算：首先确定所要制备的所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的合金性能y，然后将步骤(2)中的测得的材料常数a、b和n的值以及所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的合金性能y代入式(1)中，即可计算出制备所述Cu-Al-Mn形状记忆合金所需的热处理温度T和热处理时间t。
6.根据权利要求5所述高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)热处理预实验中所述热处理时间为1min～100h，且有一组预实验的热处理时间为100h。
7.具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记 忆合金，根据权利要求1-6之一所述的高超弹性高马氏体相变临界应力形状记忆合金的制备方法制备获得，其特征在于，以原子数百分含量计，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的主要成分为：铝：16at％～24at％，锰：9at％～13at％，铜：63at％～75at％，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金为柱状晶组织，室温下所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的相组成包括β奥氏体与贝氏体，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金中贝氏体相含量为33％～77％、超弹性为5％～10％、马氏体相变临界应力为440MPa～700MPa。
8.根据权利要求7所述具有高超弹性和高马氏体相变临界应力的Cu-Al-Mn形状记忆合金，其特征在于，所述Cu-Al-Mn形状记忆合金的抗拉强度为550MPa～800MPa、弹性模量为34GPa～55GPa以及维氏硬度为290Hv～370Hv。
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