CN104342570A - 一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂 - Google Patents

Abstract

一种提高铜锌铝记忆合金综合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：Y10～15wt％、La10～15wt％、Ce8～12wt％、Tb8～12wt％、Nd4～8wt％、Ni4～8wt%、Pr3～6wt％、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu为10～20wt%，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0.2～1.2wt%。

Description

一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂

技术领域

 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综合性能的复合稀土变质剂。

背景技术

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综合性能的复合稀土变质剂。

发明内容

本发明开发出一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，其特征为： 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。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0.2～1.2wt%。

　上述成分可化为：Y 12～13wt％、La 12～13、Ce 10～11wt％、Tb 10～11 wt％、Nd 6～7wt％、Ni 6～7wt%、Pr 4～5wt％、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu为14～16wt%， Ti 3～4wt%，B 3～4wt%，余为铜。复合稀土变质剂最佳加入量范围为0.8wt%。

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，在大幅提高合金摩擦磨损性能的同时，可明显提高材料的抗拉强度、伸长率和硬度，全面提高材料使用性能。

附图说明   

图1复合稀土变质剂加入量对铜锌铝记忆合金磨损量的影响

实施例1

以Zn25 wt %、Al4 wt %、余为铜为原料，称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入电解铜、锌锭、铝锭，待材料全部熔化后，升温至1240℃～1260℃时采用冲入法加入复合稀土变质剂，复合稀土变质剂加入量为0.2wt %～1.2wt %。浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃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850℃保温30分钟后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：分级淬火100℃，即850℃保温30分钟淬入100℃机油中，再保温30分钟淬入室温水中。将棒材加工成国家标准试棒，室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。

表1所示为添加不同含量复合稀土变质剂时，铜锌铝记忆合金的抗拉强度，伸长率及硬度。由表1可以看出，随着复合稀土变质剂含量的增加，合金的抗拉强度，伸长率均呈先上升再减小趋势。当复合稀土变质剂含量达到0.8%时，锌铝合金的抗拉强度可达540MPa，伸长率可以达到7.6%，硬度为192HB。但是随着复合稀土变质剂含量的继续增加，抗拉强度和伸长率又相应的呈现出下降趋势，当复合稀土变质剂含量增加到1.2%时，抗拉强度、伸长率分别下降到525MPa，7.1%，硬度则变化不大。

表1加入不同含量复合稀土变质剂锌铝合金的力学性能

复合变质剂（%）	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2
								抗拉强度(MPa)	515	521	529	535	540	532	525
伸长率 (%)	6.9	7.1	7.1	7.4	7.6	7.3	7.1
								硬度(HB)	168	170	178	184	192	185	178

实施例2

以Zn25 wt %、Al4 wt %、余为铜为原料，称重后在中频感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：加入电解铜、锌锭、铝锭，待材料全部熔化后，升温至1240℃～1260℃时采用冲入法加入复合稀土变质剂，复合稀土变质剂加入量为0.2wt %～1.2wt %。浇注成直径为φ80×150mm的铸锭。退火处理是加热到850℃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850℃保温30分钟后锻打成φ55×60mm的棒材。最后进行热处理，其具体工艺为：分级淬火100℃，即850℃保温30分钟淬入100℃机油中，再保温30分钟淬入室温水中。在棒材上取样，通过线切割加工出摩擦磨损试样，摩擦磨损试样为圆环状，具体尺寸：外径Φ50mm，内孔Φ16mm，环厚度8mm。对磨件尺寸同上，材质为40Cr钢，硬度50－54HRC。摩擦磨损是在国产MM-2000型销盘式试验机上进行。磨损量以试样磨损前后的质量差来衡量，称量采用MAll0电子分析天平，精度为0.0001g。摩擦磨损类型为油润滑摩擦磨损，所用润滑油为32#机油，滴油速度为20滴每分钟。各试样开始试验前，先进行30min的预跑合，跑合完毕后测定原始重量，然后加载至预定的载荷进行预定时间的磨损试验。摩擦磨损试验结束后，将试样用丙酮超声清洗30min，再测定试样的重量，并计算出试样的磨损量(磨损失重)。每次测试前试样和对磨件都要用丙酮清洗，每次测试后下一次测试前要将对磨件用砂纸磨到1200号，防止下一次测试时对磨件的表面粗糙度发生变化。实验中，45Cr钢环转速200r/min，铜锌铝记忆合金环转速180r/min，相对滑动速度0.05236m/s。

由图1可以看到，加入复合稀土变质剂的铜锌铝记忆合金的耐磨性优于未加入复合稀土变质剂的合金，并且随着复合变质剂含量的增加耐磨性呈现出先增大后减小的趋势。由图1还可以发现，当载荷小于600N时，无论是否加入复合稀土变质剂对铜锌铝记忆合金的耐磨性的影响不大。当载荷大于600N时，加入复合稀土变质剂的铜锌铝记忆合金的磨损量明显小于未加入复合稀土变质剂的合金，且载荷越大，这种趋势越明显。这表明加入一定数量的复合稀土变质剂，可明显提高铜锌铝记忆合金重载条件下的耐磨性。分析比较数据还可发现，当载荷大于600N时，当复合稀土变质剂加入量为0.8%时，铜锌铝记忆合金的耐磨性最好。

Claims (7)

1.一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，其特征为： 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；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0.2～1.2wt%。

2.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，成分可优化为：Y 12～13wt％、La 12～13、Ce 10～11wt％、Tb 10～11 wt％、Nd 6～7wt％、Ni 6～7wt%、Pr 4～5wt％、Sc+Eu+Gd+Ho+Er+Tm+Lu为14～16wt%， 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综合性能的复合稀土变质剂，复合稀土变质剂加入量最佳范围为0.8wt%。

4.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，铜锌铝记忆合金中加入复合稀土变质剂达到0.8 wt %时，抗拉强度达到最高540MPa。

5.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，铜锌铝记忆合金中加入复合稀土变质剂达到0.8 wt %时，伸长率达到最高7.6%。

6.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，铜锌铝记忆合金中加入复合稀土变质剂达到0.8 wt %时，硬度达到最高192HB。

7.根据权利要求1所述一种提高铜锌铝记忆合金综合性能的复合稀土变质剂，铜锌铝记忆合金中加入复合稀土变质剂达到0.8% wt时，摩擦磨损性能最好。