[发明专利]一种提高机械循环下超弹性滞回耗能的铜锌铝记忆合金

说明书

技术领域

本发明属于铜基形状记忆合金制备技术领域，特指一种提高机械循环下超弹性滞回耗能的铜锌铝记忆合金。

背景技术

软钢由于具有变形能力强，价格低廉等优点而被作为耗能器的首选材料，但用软钢制作的耗能器却具有初始刚度和屈服应力低，不可重复使用等缺点。而形状记忆合金与其相比显著优势如下：（1）形状记忆合金耗能器的耗能变形是通过材料内部组织变化（马氏体相变）发生的，合金材料内部不会产生很多缺陷，疲劳性能好，其使用寿命长，可反复使用；（2）具有良好的自适应能力等优点。而目前用于结构振动控制的形状记忆合金主要是NiTi合金，但由于NiTi合金昂贵的价格（是Cu基形状记忆合金的10倍左右）和复杂的生产工艺，严重地限制了合金在该方面的广泛应用和推广。

形状记忆合金的滞回耗能性能与合金的形状记忆效应和超弹性有直接的关系，合金的形状记忆性能和超弹性在热机循环过程中都发生一定的变化。而形状记忆合金耗能器在使用过程中不可避免地经受着周期变化的温度和应力的作用。在这样的工作条件下，合金的记忆效应、超弹性等力学性能指标能否保持稳定，直接影响着合金的滞回耗能性能，同样也是CuZnAl形状记忆合金耗能器能否实用化的关键问题。

本发明开发出一种提高机械循环下超弹性滞回耗能的铜锌铝记忆合金。

发明内容

本发明开发出一种提高机械循环下超弹性滞回耗能的铜锌铝记忆合金，其特征为：以电解铜、锌锭0号、工业铝锭A00号、1#电解镍、复合稀土变质剂（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为10～20wt%， Ti 2～5wt%，B 2～5wt%，余为铜。）为原料。成分按重量百分比计算，即Zn26.5～27.5wt%、Al4.5～5 wt %、复合稀土0.2～1.2 wt %、余量是铜的比例称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入预热过的电解铜、锌锭、铝锭，期间要撒占合金重量0.3wt%硼砂覆盖，待材料全部熔化后，升温至1250℃采用冲入法加入复合稀土变质剂，浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到830℃～850℃保温24小时后随炉冷却，然后去除表面2～3mm的脱锌层，再将铸锭在830℃～850℃保温0.5小时后锻打、轧制成35×35mm的棒材。然后采取以下三种热处理方式：

1、水淬加时效，即830～850℃保温0.5小时淬入室温水中，然后在140℃～150℃的保温炉中时效处理2小时后取出空冷至室温；

2、油淬加时效，即830～850℃保温0.5小时淬入室温机油中，然后在140℃～150℃的保温炉中时效处理2小时后取出空冷至室温；

3、分级淬火，即830～850℃保温0.5小时淬入140℃～150℃机油中，再保温0.5小时淬入室温水中，然后在140℃～150℃的保温炉中时效处理2小时后取出空冷至室温。

采用上述方法获得Ms为－20℃±6℃的铜锌铝记忆合金。机械循环是指合金在Ms点以上温度反复加载、卸载进行应力诱发马氏体相变的过程。机械循环试样的尺寸为：250mm×15mm×0.2mm，试样的有效拉伸长度为210mm。对经过不同热处理的铜锌铝合金进行加载，当拉力到达800N时卸载，试样凭借其超弹性自动恢复到初始状态。一个加载－卸载－回复的过程为一次变形，反复重复该过程，记录每次循环后的应力应变曲线。利用WDW-200型微机控制电子式万能试验机测试记忆合金的滞回曲线。在测试前所有的试样均进行变形量为1%的预拉伸，试验过程中最大的试验力为800N。合金滞回曲线所包围面积的大小反映了合金滞回性能的好坏，从而反映合金耗能性能的大小。

附图说明  

图1水淬加时效热处理后记忆合金多次“机械循环”后的滞回曲线

图2 油淬加时效热处理后记忆合金多次“机械循环”后的滞回曲线

图3 分级淬火热处理后记忆合金多次“机械循环”后的滞回曲线

具体实施方式  

实施例1