CN101100713A

CN101100713A - 铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金及其生产方法

Info

Publication number: CN101100713A
Application number: CNA2007100254328A
Authority: CN
Inventors: 董元源; 陈继忠
Original assignee: JIANGYIN ZHONGYU TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: JIANGYIN ZHONGYU TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: CN100507042C

Abstract

本发明涉及一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金及其生产方法，所述合金元素配方：Al 8～14％，Mn 3～11％，Be 0.2～0.6％，余量为Cu。其生产方法：将CuAlMnBe记忆超弹母合金锭置于连铸电阻熔炼炉内，在-0.04～-0.1Mpa压力的氩气下熔炼，得到铸锭；用热型连铸技术在型口温度为1020℃±10℃、型口到冷却水的距离为70mm±10mm、冷却水量为100L/h±50L/h、控制拉伸速度为30mm/min±5mm/min的条件下，将铸锭拉制成丝、板条或异型材的半成品；将丝、板条或异型材的半成品进行热处理，得到铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金丝、板条或异型材成品。本发明采用上述合金成分，采用热型连铸技术可以获得10～30％的延伸率的塑性，6～25％的超弹性变形，高出传统镍钛系合金的塑性超弹性变形许多。

Description

铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种记忆超弹性功能合金，尤其是涉及一种铜-铝-锰记忆超弹性合金及其连铸生产方法。记忆超弹性功能合金特别适于制造仿金色眼镜框架、手机天线、医用缝合线、医用器官支架、力和温度的记忆传感元件，智能复合材料等等。属记忆合金技术领域。

背景技术

当今传统技术生产的记忆超弹合金有镍钛系合金，铜基合金和铁合金三类。镍钛系合金记忆超弹性能较高，达4～8％。但镍钛均是战略物资，目前价格高涨，达每公斤300～400元。而且生产工艺复杂，成本很高；传统生产的铜基合金有：铜锌铝、铜铝镍、铜铝铍、铜铝锰。铜锌铝合金的主要缺点是记忆衰退现象严重；其它采用熔炼、轧拉生产的铜基合金形成粗晶、多晶，性能的方向性能差异大，造成垂直于应力方向强度较弱的晶界断裂，造成低的塑性，低的超弹能力的机制，性能很脆，难于成型，如不能冷拉丝、冷轧板材；最新的铜铝锰合金塑性好一些，但记忆超弹性能力不足，记忆超弹性变形在1～3％之间；铜铝铍合金记忆超弹性能很好，但很脆，不能冷拉冷轧成材；铁基合金如FeMnSi系的主要问题是记忆能力差，无双程记忆。除昂贵镍钛系记忆合金外，其它合金目前应用有限。

发明内容

本发明的第一目的在于克服上述不足，提供一种塑性好、记忆超弹性能力高的铜-铝-锰记忆超弹性合金。

本发明的第二目的在于克服上述不足，提供一种塑性好、记忆超弹性能力高的铜-铝-锰记忆超弹性合金的生产方法。

本发明的第一目的这样实现的：一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金，其特征在于它主要由以下重量百分比(wt％-下同)的合金元素组成：Al8～14％，Mn3～11％，Be0.2～0.6％，余量为Cu。本发明的优先配比为：Al10％，Mn8％和Be 0.3％，余为Cu。

所述合金中各元素在合金中的作用是：Al作为形成记忆超弹合金的主加元素；Mn扩大Al作用，使之低Al也成记忆超弹合金，提高塑性；Be提高合金记忆超弹能力和强度；Cu是基本元素。形成记忆合金是有条件的，即一定成分范围，状态图中一个区。Mn少不行，Mn多了也不行，而且脆，氧化严重。Be也如此。

本发明的第二目的这样实现的：一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金的热型连铸生产方法，其特征在于所述方法主要包括以下工艺步骤：

熔炼成锭——将CuAlMnBe记忆超弹母合金锭置于熔炼炉内，在-0.04～-0.1Mpa压力的氩气下熔炼，熔炼在热型连铸电阻熔炉内进行，(熔炼工艺是常规的，)得到棒、丝、板条或异型材的铸锭；

热型连铸——用热型连铸技术在型口温度为1020℃±10℃、型口到冷却水的距离为70mm±10mm、冷却水量为100L/h±50L/h、控制拉伸速度为30mm/min±5mm/min的条件下，将棒、丝、板条或异型材的铸锭拉制成丝、板条或异型材的半成品。因为型口温度在材料熔点以上，通过水-引导棒，凝固从铸件心部开始，经晶体生长竞争机制和定向热流得到柱状晶或单晶丝、板条和异型材半成品；

热处理——将丝、板条或异型材的半成品进行热处理，得到铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金丝、板条或异型材成品。

本发明采用上述合金成分，采用热型连铸技术可以获得10～30％的延伸率的塑性，6～25％的超弹性变形，高出传统镍钛系合金的塑性超弹性变形许多。原材料价格仅为镍钛系合金的1/5左右(镍和钛的现行价格为350元/kg，而铜为56元/kg，铝23元/kg，锰14元/kg，铍110元/kg但含量很少)。

本发明也可以用传统生产铜基记忆超弹合金方法，即熔炼成锭→均匀化热处理→热轧→拉絲→记忆超弹热处理→产品(丝、板、带)。材料塑性可以达到8～15％延伸率，2～5％的超弹记忆变形。具体生产方法是：

将CuAlMnBe记忆超弹母合金锭置于熔炼炉内，在-0.04～-0.1Mpa压力的氩气下熔炼，熔炼为AlMn青铜常规工艺，得到120圆形铸锭；对铸锭经850℃±10℃均匀化热处理10小时±0.5小时，切除表皮后，在750℃±10℃热轧成线材、板材或带材，然后在650℃±5℃下热拉成丝材半成品，丝材半成品经热处理后得成品丝材，成品丝材的延伸率达5～13％，超弹性变形为3～5％。

综上所述，本发明用铜基合金和热型连铸技术生产合金，首先，利用较廉价的铜基合金中锰改善塑性，利用铍的高记忆超弹能力，并使之合理配合，获得新的高级超弹性、较高塑性的记忆超弹性合金。其次是采用热型连铸工艺，即拉出合金丝、条、板材的出口处处于高温状态，使连铸丝的表面处于熔化状态，而中心部分在冷却水通过引导管传热，使之低于熔点而凝固。再通过晶体生长竞争理论，通过定向凝固，可以得到单晶体丝和柱状晶体。这样，就不产生晶界或在垂直于应力(限拉制方向)的晶界，它们的记忆超弹能力将大为提高，而且可以实现连续生产，是一种无缺陷、单晶或柱状晶的近净成型技术。

附图说明

图1为本发明的热型连铸生产工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

用ZG25真空电炉，在-0.1MPa压力的氩气下，熔炼150mm的CuAlMnBe记忆超弹母合金锭得铸锭，记忆超弹母合金锭的分析成分为Al10％，Mn8％，Be0.3％，余为Cu；

用热型连铸技术在型口温度为1020℃、型口到冷却水的距离为70mm、冷却水量为100L/h、控制拉伸速度为30mm/min的条件下，将铸锭拉制成1.6mm的丝材半成品，如图1。

将丝材半成品进行热处理如下：860～920℃均匀化10小时±0.5小时，后空气中冷却一接着880～900℃保温100～150秒/每mm试样有效厚度，在低于30℃水淬火——接着经550～650℃时效析出20～100秒每mm试样有效厚度；——最后750～880℃保温20～100秒/每mm试样有效厚度。得到的1.6的丝材成品，成品丝材具有25％的超弹记忆变形。原材料价格仅为镍钛系合金的1/5左右。

实施例2：

用ZG25真空电炉，在-0.1MPa压力的氢气下熔炼150mm的CuAlMnBe超弹记忆合金得铸锭，记忆超弹母合金锭的分析成分为Al 11％，Mn6％，Be0.35％，余为Cu。对铸锭经850℃均匀化热处理10小时，切除表皮后，在750℃热轧成6mm的圆线，然后在650℃下热拉成1.6mm的丝材，经热处理后，成品1.6mm的丝材的延伸率达13％，超弹性变形为4％。

注：热型连铸技术是日本冈野1988年发明的。

Claims

1、一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金，其特征在于它主要由以下重量百分比的合金元素组成：Al 8～14％，Mn3～11％，Be0.2～0.6％，余量为Cu。

2、根据权利要求1所述的一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金，其特征在于：所述合金元素的组成为：Al10％，Mn8％和Be 0.3％，余为Cu。

3、一种如权利要求1所述铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金的热型连铸生产方法，其特征在于所述方法主要包括以下工艺步骤：

熔炼成锭——将CuAlMnBe记忆超弹母合金锭置于熔炼炉内，在-0.04～-0.1Mpa压力的氩气下熔炼，熔炼在热型连铸电阻熔炉内进行，得到棒、丝、板条或异型材的铸锭；

热型连铸——用热型连铸技术在型口温度为1020℃±10℃、型口到冷却水的距离为70mm±10mm、冷却水量为100L/h±50L/h、控制拉伸速度为30mm/min±5mm/min的条件下，将棒、丝、板条或异型材的铸锭拉制成丝、板条或异型材的半成品；

4、根据权利要求3所述的一种铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金的热型连铸生产方法，其特征在于将丝材半成品进行热处理：860～920℃均匀化10小时±0.5小时空气中冷却，再经过880～900℃保温100～150秒/每mm试样有效厚度，＜30℃水淬火；接着每mm试样有效厚度经550～650℃时效析出20～100秒/每mm试样有效厚度；最后为750～880℃保温20～100秒/每mm试样有效厚度，得到丝材成品。

5、一种如权利要求1所述铜-铝-锰-铍记忆超弹性合金的生产方法，其特征在于所述方法主要包括以下工艺步骤：将CuAlMnBe记忆超弹母合金锭置于熔炼炉内，在-0.04～-0.1Mpa压力的氩气下熔炼，得到120圆形铸锭；对铸锭经850℃±10℃均匀化热处理10小时±0.5小时，切除表皮后，在750℃±10℃热轧成线材、板材或带材，然后在650℃±5℃下热拉成丝材半成品，丝材半成品经热处理后得成品丝材。