一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂的制作方法
【专利摘要】一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，属于记忆合金制备【技术领域】，其特征为Nd10～15wt％、La10～15wt％、Y8～12wt％、Ce8～12wt％、Tb5～8wt％、Gd5～8wt％、Pr+Sc+Eu+Ho+Er+Tm+Lu为10～20wt%，Zr3～6wt%、Ti2～5wt%、B2～5wt%，余为铜。所述复合稀土变质剂为块状合金，熔点范围850～1150℃，复合稀土变质剂加入量范围为0.2～1.0wt%。
【专利说明】一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂
【技术领域】
[0001]本发明属于记忆合金制备【技术领域】，特指一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂。
【背景技术】
[0002]自从英国的Delat记忆金属公司发现铜基记忆合金以后，铜基记忆合金的研究迅速展开。目前来说，在记忆合金材料中，铜基合金材料占的比例最大。铜基记忆合金尽管某些特性不及NiTi合金，但由于加工容易，原材料来源广泛，成本低廉(只及NiTi合金的1/10)，而受到大批研究者的青睐。在已发现的记忆合金中铜基合金占的比例最多，主要可以分为Cu-Zn和Cu-Al两大类，其中最具有实用价值的是CuZnAl系和CuAlNi系。近年又发展了 CuAlMn系。虽然铜基记忆合金具有良好的形状记忆效应和低廉的价格，前景十分诱人，然而在实用过程中，发现存在马氏体稳定化、延性差、易发生晶界破坏，以及疲劳寿命短等问题，因此它只在性能要求不高以及要求降低成本的情况下使用。Cu基记忆合金容易发生晶界破坏的原因大致有弹性各向异性因子过大、晶粒尺寸过大、晶界处有偏析，导致晶界自身脆化等。为了改善延性，抑制晶界破坏，提高疲劳寿命，主要的途径是细化晶粒。主要方法有:①添加合金元素，②快速凝固法，③粉末冶金法。通常使用第一种方法，即在铜基合金中添加一种或几种溶解度很小的或者能和合金中的某元素形成微细化合物的元素，在凝固过程中促进细小等轴晶形成，或在热加工和热处理过程中阻止晶粒长大，从而获得细晶组织。
本发明开发出一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂。
【发明内容】
[0003]本发明开发出一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，其特征为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 为 10 ?20wt%, Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%,余为铜。所述复合稀土变质剂为块状合金，熔点范围850?1150°C，复合稀土变质剂加入量范围为0.2?1.0wt%o
上述成分可优化为: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 为 14 ?16wt%, Zr 4 ?5wt%、Ti 3?4wt%、B 3?4wt%，余为铜。复合稀土变质剂最佳加入量范围为0.7wt%。
本发明复合稀土变质剂辅以多种稀土元素及其它元素，避免单独使用一种稀土元素或一种其它元素时对材料综合性能提高不明显的缺点，复合稀土变质剂与铜锌铝记忆合金元素发生交互和变质作用，达到净化合金液、去除杂质，细化晶粒、强化晶界，使组织得到优化，可大幅度提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能。
【专利附图】
【附图说明】
图1热疲劳试样尺寸图图2复合稀土变质剂加入量对铜锌铝记忆合金热疲劳性能的影响
■复合稀土变质剂加入量为0.2 wt %，▲复合稀土变质剂加入量为0.7 wt %，?复合稀土变质剂加入量为1.0 wt %，从图2中可以看出，试样标记为▲的热疲劳性能最好。
实施例1
以电解铜、O号锌锭、AOO号铝锭、I号电解镍、复合稀土变质剂(优化的成分)为原料。成分按Zn25.25 wt %、Α13.75wt %、N1.9 wt %、复合稀土变质剂0.2 wt %、余量是Cu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、电解镍、铝锭，后加入锌锭和复合稀土变质剂，熔炼过程中要加入少量硼砂覆盖，加入量为金属液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升温至1280°C-1300°C，浇注成直径为Φ80Χ150πιπι的铸锭。退火处理是加热到820°C保温24小时后随炉冷却，然后车削去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在840°C保温半小时后锻打成45 X 45mm的棒材。最后进行两级时效的热处理，即820_840°C保温I小时淬入室温机油中，然后在预先准备好的100°C沸水中保温0.5小时后取出空冷至室温，再在50°C水中保温0.5小时后取出空冷至室温。通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40 mm、宽10 mm、高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在室温20°C至400°C之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温准确，水温20°C (流动自来水)。快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为15s，直至预定循环次数。每循环设定次数，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，试样标记为■，热疲劳性能见图2。
实施例2
以电解铜、O号锌锭、AOO号铝锭、I号电解镍、复合稀土变质剂(优化的成分)为原料。成分按Zn25.25 wt %、Α13.75wt %、N1.9 wt %、复合稀土变质剂0.7 wt %、余量是Cu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、电解镍、铝锭，后加入锌锭和复合稀土变质剂，熔炼过程中要加入少量硼砂覆盖，加入量为金属液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升温至1280°C-1300°C，浇注成直径为Φ80Χ150πιπι的铸锭。退火处理是加热到820°C保温24小时后随炉冷却，然后车削去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在840°C保温半小时后锻打成45 X 45mm的棒材。最后进行两级时效的热处理，即820_840°C保温I小时淬入室温机油中，然后在预先准备好的100°C沸水中保温0.5小时后取出空冷至室温，再在50°C水中保温0.5小时后取出空冷至室温。通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40 mm、宽10 mm、高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在室温20°C至400°C之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温准确，水温20°C (流动自来水)。快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为15s，直至预定循环次数。每循环设定次数，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，试样标记为▲，热疲劳性能见图2。 实施例3
以电解铜、O号锌锭、AOO号铝锭、I号电解镍、复合稀土变质剂(优化的成分)为原料。成分按Zn25.25 wt %、A13.75wt %、Ni0.9 wt %、复合稀土变质剂1.0wt %、余量是Cu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、电解镍、铝锭，后加入锌锭和复合稀土变质剂，熔炼过程中要加入少量硼砂覆盖，加入量为金属液的0.15 wt%。待材料全部熔化后，升温至1280°C-1300°C，浇注成直径为Φ80Χ150πιπι的铸锭。退火处理是加热到820°C保温24小时后随炉冷却，然后车削去除表面2-3mm的脱锌层，再将铸锭在840°C保温半小时后锻打成45 X 45mm的棒材。最后进行两级时效的热处理，即820_840°C保温I小时淬入室温机油中，然后在预先准备好的100°C沸水中保温0.5小时后取出空冷至室温，再在50°C水中保温0.5小时后取出空冷至室温。通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40 mm、宽10 mm、高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在室温20°C至400°C之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温准确，水温20°C (流动自来水)。快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为15s，直至预定循环次数。每循环设定次数，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，试样标记为?，热疲劳性能见图2。
【权利要求】
1.一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，其特征为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 为 10 ?20wt%，Zr 3 ?6wt%、Ti 2 ?5wt%、B 2 ?5wt%，余为铜；所述复合稀土变质剂为块状合金，熔点范围850?1150°C，复合稀土变质剂加入量范围为0.2 ?1.0wt%o
2.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，上述成分可优化为: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 为 14 ?16wt%，Zr 4 ?5wt%、Ti 3 ?4wt%、B 3 ?4wt%，余为铜。
3.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金热疲劳性能的复合稀土变质剂，复合稀土变质剂最佳加入量范围为0.7wt%。
【文档编号】C22C9/04GK104232950SQ201310234494
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】刘光磊, 王文华, 司松海, 李晓薇, 张扣山 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司