（材料加工工程专业论文）柱状晶cualbe超弹性合金热轧工艺研究.pdf

摘要 摘要 用热型连铸法制备的具有柱状晶组织的c u a 1 b e 超弹性合金，消除了传统的多晶 材料中等轴晶晶界的应力集中导致的脆性，显示了优良的力学性能和记忆性能。热型 连铸法可以获得尺寸准确、表面光洁的终形、近终形丝材，使合金得到一定的应用。 但热型连铸难以铸出l m m 以下的丝；连铸过程中丝容易发生弯曲；不易铸出形状复杂 截面，这些问题都需通过高温塑性加工予以解决。但塑性加工所施加的应力使合金从 母相转变为马氏体，残留的马氏体将会使合金失去超弹性。经过热处理可以使合金中 的马氏体逆转变成母相，但是在变形过程中由于相变及温度变化产生内应力，重新加 热会出现再结晶现象。 采用热型连铸方法制备8 m m 2 5 m m ( 宽x 厚) 和0 1 5 m m 的柱状晶c u - a 1 - b e 合金。 在不同的变形温度、变形速率、小变形量下对带状c u a 1 b e 超弹性合金进行等温压缩 试验；对压缩后的带状试样进行x r d 衍射分析；将变形后的试样进行重新加热，找到 静态再结晶的临界温度；挑选一部分试样用钻孔法进行残余应力测试，测定保温时间 对残余应力的影响；研究变形温度对析出物含量的影响；利用等温变形的参数在自制 的热轧机上对0 1 5 m m 合金丝做热轧实验，对变形后的试样进行弯曲疲劳试验和拉伸实 验，以分析不同变形条件对c u a 1 b e 超弹性合金丝组织性能的影响。 研究表明：合金在4 5 0 以下变形都不发生动态再结晶，在4 5 0 - 5 5 0 之间，随 着变形温度的降低或变形速率的增加，发生动态再结晶所需的变形量逐渐增大，最佳 的变形温度是4 5 0 5 0 0 c ；变形量小于2 0 时，发生静态再结晶的临界温度为6 1 0 。c ； 发生动态再结晶前，随着变形温度的升高，析出物的含量逐渐增加，一旦发生动态再 结晶，析出物的含量随着再结晶的充分而急剧减少；静态再结晶析出物的含量随着变 形温度和变形量增加而增多；变形温度低于5 0 0 * 0 ，保温时间越长越有利于降低残余应 力，变形温度高于5 0 0 c 时，不宜采用延长保温时间来降低残余应力，而是采用变形完 后立即水冷；一次热轧温度为4 8 0 ，合金保持良好的延伸率；一次热轧温度在 4 4 0 5 2 0 。c 变形的试样，弯曲疲劳次数随热轧温度的升高先增大后减少，热轧温度为 4 8 0 。c ，弯曲疲劳次数最高，高达5 3 6 0 0 。变形温度越高，越容易形成忱相。 关键词：热轧；等温变形；再结晶；热型连铸；析出物；c u - a i - b e 广东工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t s u p e r e l a s t i cc u - a 1 - - b es h a p em e m o r ya l l o yw i r e si s c a s t e db yo c cp r o c e s sw i t h c o l u m n a r c r y s t a l s t r u c t u r e w h i c he l i m i n a t e dt h et r a d i t i o n a lp o l y c r y s t a l l i n em a t e r i a l b r i t t l e n e s so fe q u i a x c r y s t a lb o u n d a r i e s w i t hs t r e s sc o n c e n t r a t i o n t h ew i r e s o b t a i n e d e x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dm e m o r yp e r f o r m a n c e t h eo c cp r o c e s sa l l o w st h e w i r e st oo b t a i np r e c i s es i z ea n dn e a rn e ts h a p e ，s oi tw a su s e di ns o m ef i e l d t h eo c c p r o c e s sc a r ln o to b t a i nt h es i l kw i t hl e s st h a nlm m a n de a s i l yb e n da n dc o m p l e xs e c t i o n ，s o t h ew i r e sr e q u i r et op l a s t i cp r o c e s s i n gi nh i 曲t e m p e r a t u r e s t r e s so ft h ep l a s t i cp r o c e s s i n g w i l ll e a dt op a r e n tp h a s et om a r t e n s i t e ，r e s i d u a lm a r t e r m i t ew i l lm a k et h ew i r el o s e s u p e r e l a s t i c h e a tt r e a t m e n tc a l lm a k e m a r t e n s i t er e v e r t e dp a r e n tp h a s e ，w h i l es t r e s sc o m e f r o mp h a s et r a n s i t i o na n dt e m p e r a t u r ec h a n g e si nd e f o r m a t i o n ，h e a t i n ga g a i nw i l l a p p e a r r e c r y s t a l l i z a t i o np h e n o m e n o n c o l u m n a rc r y s t a lc u a i b ea l l o yo f8m i n x 2 5r n n l ( 丽d e t h i c k ) a n d 1 5m i da r e c a s t e db yo c cp r o c e s s s u p e r e l a s t i co fs t r i pc u a 1 一b ei sc o m p r e s s e db yd i f f e r e n t d e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n dd e f o r m a t i o nr a t ea n ds m a l ld e f o r m a t i o n a n a l y s i so ft h es t r i p w i r et h r o u g hx r dd i f f r a c t i o n t h es t r i pi sh e a t e da g a i na f t e rd e f o r m a t i o nf o rf i n d i n g c r i t i c a lt e m p e r a t u r eo fs t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o n f o rm e a s u r i n gt h ei n f l u e n c eo f r e s i d u a l s t r e s sw i t hh o l d i n gt i m e ，t h e s t r i p i sm e a s u r e db yd r i l l i n gm e t h o dt h ed e f o r m a t i o n t e m p e r a t u r ei si n f l u e n c e dt h ec o n t e n to fp r e c i p i t a t e t h ea l l o yw i r eo f 1 5i i ni sp r o c e s s e d b yh o t r o l l e dd e v i c ew h i c hi sd e s i g n e db ym y s e l f t h e nb e n d i n gf a t i g u ea n d t e n s i l e p e r f o r m a n c ei sd e t e r m i n e d t oa n a l y s i st h ed i f f e r e n td e f o r m a t i o ni n f l u e n c eo nt h es t r u c t u r e o fc u - a 1 一b es u p e r e l a s t i ca l l o yw i r e s t h er e s u l ts h o w st h a t ：t h ew i r e sa r en o to c c u rd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o nb e l o w4 5 0 b e t w e e n4 5 0 。ct o5 5 0 c ，a l o n gw i t ht h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r er e d u c t i o no rd e f o r m a t i o n r a t ei n c r e a s e ，d e f o r m a t i o ni n c r e a s eg r a d u a l l yw i t hd y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o nh a p p e n , a n dt h e b e s td e f o r m i n gt e m p e r a t u r ei s4 5 0 - 5 0 0 c c r i t i c a lt e m p e r a t u r eo fs t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o ni s 610 * cu n d e rd e f o r m a t i o nl e s st h a n2 0 t h ec o n t e n to fp r e c i p i t a t eg r a d u a l l yi n c r e a s i n gw i m t h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r ed e f o r m a t i o nb e f o r et h ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o nh a p p e n e d t h e c o n t e n to f p r e c i p i t a t e w i t ht h e r e c r y s t a l l i z a t i o nf u l l y a n dr e d u c eo n c e d y n a m i c a b s t r a c t r e c r y s t a l l i z a t i o nh a p p e n e d t h ec o n t e n to fp r e c i p i t a t ei n c r e a s i n g w i 廿ld e f o r m a t i o n t e m p e r a t u r ea n dd e f o r m a t i o nw h e ns m i l er e c r y s t a u i z a t i o nh a p p e n e d h o l d i n gm o r et i m ew i l l r e d u c er e s i d u a ls t r e s sb e l o w 5 0 0 i n s t e a d ，r a p i dc o o l i n gw i l lr e d u c er e s i d u a ls t r e s sm o r e t h a n5 0 0 t h ea l l o yc a l lk e e pg o o de l o n g a t i o nr a t ea tt h eh o tr o l l i n gt e m p e r a t u r eo f4 8 0 f a t i g u et i m e sf i r s ti n c r e a s e sa n dt h e nd e c r e a s e sw i mt h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r eb e t w e e n 4 4 0 。ct o5 2 0 ，t h eh i g h e s tt i m eo fb e n df a t i g u ei sh o tr o l l i n gt e m p e r a t u r eo f4 8 0 ，a s l l i g ha s5 3 6 0 0 t h eh i g h e rt h ed e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ，t h ee a s i e rt of o r m 丫2 k e y w o r d s ：h o t - r o l l e d ；i s o t h e r m a ld e f o r m a t i o n ；r e c r y s t a l l i z a t i o n ；o c c ；c u a 1 - b e i i i c o n l 巳n t s c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) l i l c o n t e n s ( c h i n e s e ) 。v c o n t e n s ( e n g l i s h ) v i i c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1f o r e w o r d 1 1 2i n t r o d u c t i o no fs h a p em e m o r ya l l o y 2 1 2 1d e v e l o p m e n to fs h a p em e m o r ya l l o y 2 1 2 2m e c h a n i s mo fs h a p em e m o r ye f f e c t 2 1 2 3 s u p e r e l a s t i c i t yo fs h a p em e m o r ya l l o y 3 1 3a p p l i c a t i o n so fs h a p em e m o r ya l l o y 4 1 4i n t r o d u c t i o no fc ub a s es h a p em e m o r ya l l o y 5 1 4 1m e t a ls c i e n c eo f c u a 1 一b es h a p em e m o r ya l l o y 5 1 4 2p r o b l e m so fc u - a 1 一b ea l l o yi na p p l i c a t i o np r o c e s s 6 1 4 3f a t i g u eo fc u b a s es h a p em e m o r ya l l o y 7 1 5r e c r y s t a l l i z a t i o n 8 1 6r e s i d u a ls t r e s s 9 1 6 1s o r to fr e s i d u a ls t r e s s 9 1 6 2m e c h a n i s mo fr e s i d u a ls t r e s s l0 1 6 3h a r m f u lo fr e s i d u a ls t r e s s 1 0 1 6 4t e s tm e t h o do fr e s i d u a ls t r e s s 11 1 7c o n t e n t so ft h i sp a p e r 11 c h a p t e r2i s o t h e r m a lc o m p r e s s i o n 1 3 2 1f o r e w o r d 13 2 2e x p e r i m e n t a lp r o c u d u r e 13 2 2 1o c cp r o c e s s 13 2 2 2i s o t h e r m a lc o m p r e s s i o n 15 v i l 广东工业大学硕士学位论丈 2 2 3 s o l u t i o nt r e a t m e n t 18 2 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 18 2 3 1a l l o y i n gc o n s t i t u e n t 18 2 3 2i s o t h e r m a lc o m p r e s s i o n 19 2 3 3q u a n t i t a t i v em e t a l l o g r a p h ya n a l y s i s 2 2 2 3 4x r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s 2 6 2 4i n f l u e n c eo fs t a t i cr e e r y s t a l l i z a t i o n 2 8 2 4 1r e g i o no fs t a t i cr e c r y s t a l l i z a t i o n 2 8 2 4 2s t r u c t u r ec h a n g ed u r i n gh e a t i n g 3 0 2 4s u m m a r y 31 c h a p t e r3e d md r i l l i n gt e s tr e s i d u a ls t r e s s 3 2 3 1f o r e w o r d 3 2 3 2e x p e r i m e n t a lp r o c u d u r e 3 2 3 2 1p r i n c i p l eo fe d m p r o c e s s 3 2 3 2 2m e c h a n i s mo fd r i l l i n gm e t h o dt e s tr e s i d u a ls t r e s s 3 3 3 2 3c h o i c eo f t h es t r a i nr o s e t t e 3 4 3 2 4s t e p so fd r i l l i n gt e s tr e s i d u a ls t r e s s 3 6 3 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 3 7 3 3 1t e s to f e l a s t i cm o d u l u sa n dp o i s s o n sr a t i o 3 7 3 3 2r e s u l t o ft h er e s i d u a ls t r e s s 3 8 3 4s u m m a r y 4 1 c h a p t e r 4a n a l y s i so ft h eh o tr o l l i n gp r o c e s s 4 2 4 1f o r e w o r d 4 2 4 2e x p e r i m e n t a lp r o c u d u r e 4 2 4 2 1h o t r o l ld e v i c e 4 2 4 2 2m e t a l l o g r a p h i co b s e r v a t i o na n dp h a s eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s 4 7 4 2 3b e n d i n gf a t i g u ee x p e r i m e n t 4 7 4 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n da n a l y s i s 4 8 4 3 1h o tr o l l i n gp r o c e s s 4 8 4 3 2m e t a l l o g r a p h i co b s e r v a t i o na n da n a l y s i s 4 9 v i i i c o n t e n t s 4 3 3c y c l i ct e n s i l ee x p e r i m e n t s 51 4 3 4a n a l y s i so f b e n d i n gf a t i g u ef r a c t u r e 5 3 4 4s u m m a r y 5 9 c o n c l u s i o n s 6 0 r e f e r e n c e 6 2 p u b l i s h e dp a p e r s 6 6 o r i g i n a lc r e a t i o na n n o u n c e e n ta n ds t a t e m e n to nu s e i nc o p y r i g h ta u t h o r i z e do f t h ed e g r e et h e s i s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 6 8 i x 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 形状记忆合金( s h a p em e m o r ya l l o y ) 是一种新型的功能材料，在机械构件、航空航 天、能源、汽车、电子、医学、建筑等领域得到广泛的应用。目前具有可使用价值的 记忆合金主要有：t i n i 基、c u 基和f e 基合金。t i n i 合金具有优良的记忆特性、超弹 性、耐蚀性、生物相容性，使其在工程领域得到一定程度上的应用，但由于其价格昂 贵，塑形加工困难，导致广泛应用受限。f e 基合金的临界温差大，相变热滞后性大， 应用范围受到一定的限制。而c u 基形状记忆合金因具有低廉的价格、良好的双向记忆 性能及加工性能好，在温控元件、驱动元件等方面获得了应用。但是普通的多晶c u 基合金的塑性差、疲劳寿命低，其原因是c u 基形状记忆合金的各向弹性系数相差较大， 如c u a i n i 的弹性各向异性因子为1 3 ，而t i n i 只有2 。这导致合金变形时在晶界处形 成应力集中，引起晶间断裂，使材料表现为脆性【l 】。目前对c u 基记忆合金的力学性能 研究几乎都集中在细化晶粒，使应力集中分散。但实践证明细化晶粒虽然使力学性能 和记忆性能有所提高，但韧性指标、疲劳性能等主要指标仍没有从根本上得到改善【2 】， 导致c u 基合金的实际应用停滞不前。如果能通过某种工艺来提高合金韧性，将会大大 扩大合金在实际中的应用。 近年来，用热型连铸法( o h n oc o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s s 简称o c c ) n 备定向凝固的 单晶或柱状晶组织的c u a 1 b e 合金丝己取得一定的成果【，1 。通过热型连铸法制备具有柱 状晶组织的c u a i b e 超弹性合金丝，消除了传统的多晶材料中等轴晶晶界存在应力集中 导致的脆性开裂，显示了优良的力学性能。并且采用热型连铸法能获得尺寸准确、表 面光洁的终形、近终形丝材，使合金能得到实际应用。但热型连铸难以铸出l m m 以下 的丝，连铸过程中丝容易发生弯曲，且不易铸出形状复杂截面，因此实际应用中需要 对合金丝进行高温塑性加工。 本文利用热型连铸法制备的c u - a 1 b e 合金型材，通过等温变形和热轧工艺研究， 找到防止发生再结晶的条件，从而使合金在塑性变形后仍然保持优良的机械性能，以 加速合金的工业化应用。 广东工业大学硕士学位论文 1 2 形状记忆合金简介 1 2 1 形状记忆合金的发展 形状记忆效应最早是在1 9 3 2 年由a o l a n d e r 研究a u c d 合金时发现1 4 。1 9 5 1 年美国的 t a r e a d 等在a u 一4 7 5 ( a t ) c d 合金单晶中观察到形状记忆现象【5 】。直到1 9 6 3 年，形状 记忆合金才得到广泛的应用和研究，这一年w j b u e h l e r 等人发现n i t i 合金中具有良好 的形状记忆效应【6 】。1 9 7 0 年g d s a n d r o c k 等在t i - n i 合金中发现了热弹性马氏体的相变 1 7 1 。1 9 7 5 年以后，形状记忆合金在美国、前苏联、日本、德国等先后进行了广泛的研究， 并取得了重大的研究进展，现己逐步向生产实用化和商品化方面发展【8 j 。我国对形状记 忆合金的研究比较晚，最早是在1 9 7 8 年，在借鉴国外研究的基础上，在进行理论和应 用开发的研究中也取得了显著的成果【，】。 1 2 2 形状记忆效应的基本原理 合金中的形状记忆效应，是与合金中发生马氏体相变密切相关的。目前所有形状 记忆合金的记忆特征的形状变化都是在马氏体相变过程中发生的。马氏体相变是一种 无扩散性相变，固溶在马氏体相中的溶质原子溶度与母相相同，没有共析相变中出现 的原子长程扩散。形状记忆效应是以热弹性马氏体相变及其逆相变过程中母相与马氏 体相的晶体学可逆性为依据的。 形状记忆合金大多数发生热弹性马氏体相变1 1 0 1 。其特点是，相变时形成的马氏体 片，随温度的降低( 升高) ，通过两相界面的移动长大( 缩小) ，马氏体片的尺寸随 温度变化出现弹性特征。形状记忆合金的形状记忆过程可以描述为：合金的母相在降 温过程中，温度低于m 。发生马氏体相变。在低于m f ，对合金施加应力，马氏体通过变 体之间界面移动，发生塑性变形。温度再升高到a f ，马氏体逆相变转化到母相，合金 低温下的塑性变形消失，恢复到原始状态。其中m 。表示母相向马氏体转变开始温度， m 蔽示马氏体转变完成温度，a 。表示马氏体经加热时开始逆转变为母相的温度，a f 茭t j 逆转变完成的温度。具有热弹性马氏体相变的合金，除具有记忆效应外，还具有伪弹 性( 超弹性) 。 合金的形状记忆可分为单程、双程和全程形状记忆三种。单程形状记忆是指合金 在较低温度下n - r 变形后，加热时恢复力n - r _ 前的原有形状，再次冷却是形状保持不变； 2 第一章绪论 双程形状记忆合金是指经低温加工变形，加热时恢复原形，再次冷却又回到低温时加 工后的形状；全程形状记忆合金在实现双程形状记忆过程中，继续冷却，出现高温状 态相反的形状。图1 1 说明了三种形状记忆效应b o 。 状态原始状态低温变形加热冷却 单程 一 vv 双程 v 全程 vv 八 图1 1 三种形状记忆效应示意图 f i g 1 lt h r e e k i n ds h a p em e m o r ye f f o r t 1 2 3 形状记忆合金的超弹性 所谓超弹性，是指合金试样在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变， 在卸载时这种应变可自动回复【n 1 。形状记忆效应和超弹性有密切的关系，如图1 2 所示。 b ) m fm si l si i f 温度一 图1 2 形状记忆效应和超弹区效应产生的条件示意图1 1 1 】 f i g 1 - 2d r a w i n gc o n d i t i o n so fs h a p em e m o r ye f f e c ta n ds u p e r e l a s t i c i t y 从图1 2 可以看出，只要临界滑移应力足够大，在同一试样中，根据实验温度不 fi；|遢 广东工业大学硕士学位论文 同形状记忆效应和超弹性都可以观察的到，氏以下加热至a f 以上可出现形状记忆效应， 超弹性则出现在a f 温度以上，在a s a f 同时出现超弹性和形状记忆效应。图1 2 中， 正斜率直线表示诱发马氏体相变的临界应力，符合c l a u s i u s c l a p e y r o n 方程。负斜率直 线( a 和b ) 表示临界滑移应力。因为滑移不会因为加热或卸载而恢复，其应力必定低于 出现形状记忆效应和超弹性的线。如果临界应力低于b 线，超弹性则不出现，这是因 为在应力诱发马氏体出现之前已经发生了滑移，同时形状记忆效应所对应的应力范围 也变小。 3 形状记忆合金的应用 形状记忆合金由于具有许多优异的性能，因而广泛用于自动控制装置、机器人、 汽车工业、医疗、航空航天、日用消费品等领域。但目前得到应用的形状记忆合金主 要是t i n i 合金和铜基合金，特别是后者，价格低廉，容易加工成形，更加备受人们 的注目。 1 、用于工业中的控制系统 形状记忆合金被用于温度传感器及电子元件上，其自动控制非常灵敏。目前很多 制动器都是使用形状记忆合金。在汽车工业中，为了提高安全性、可靠性及舒适性， 选用形状记忆合金用于控制引擎、传送、悬吊【9 】等。在现代化工业中，机器人手抓也应 用了记忆合金【t ：】。 2 、医学上应用 医学上使用的形状记忆合金主要是t i n i 合金，记忆合金所具有的超弹性以及与人 体极好的相容性、无毒等特点，使之在医疗上得到大量的应用。可用形状记忆合金制 作人造牙根、牙列矫正及牙套、齿列矫正丝。利用了形状记忆合金的记忆效应，制作 的血管栓塞清除刀，在低温下时保持其卷筒状，当插入患者血管后，当温度被升到体 温时，刀刃自动平展，然后转动即可清除血管栓塞 9 1 。 3 、航空航天的应用 美国宇航局古德伊尔公司用n i t i 合金丝制造的垂直天线应用于人造卫星。其制 作过程是：在形状记忆合金的母相状态，合金丝加工成张开的天线，然后冷却到m f 点以下时就生成马氏体。这类马氏体容易变形的，因此可以把天线折叠成很小的形状。 在月球表面，合金丝被太阳加热到m f 点以上时就一面向母相进行逆转变，一面回复， 4 第一章绪论 最终回复到原形，把折叠的天线张开，从而起到天线的作用f 8 】。 4 、家用电器的应用 形状记忆合金广泛用于制作电饭锅恒温器，温度升高时会自动开启，断开电路； 温度下降到一定程度又会接通电源而起到自动保温作用。记忆合金还用于空调机风向 调节器 1 3 1 ，空调机空气流动的温度是通过控制压缩机的运行和改变压缩机的运转频率 调节。 1 4 铜基形状记忆合金简介 c u 基合金的塑性差、疲劳寿命低，其原因是c u 基形状记忆合金的各向弹性系数相 差较大，这导致合金变形时在晶界处形成应力集中，引起晶间断裂。根据c u a 1 - - 元相 图【l 】可知，砧含量为1 2 ，液相线温度约为1 0 4 9 ，在平衡状态下，p 相在5 5 0 。c 发生共 析转变，共析分解产物a 怕。新相的析出将会使合金失去记忆性能，虽然经过热处理可 以使合金中的马氏体逆转变成母相，但是变形后试样由于相变及温度变化而产生内应 力，重新加热会出现再结晶现象，使合金中的柱状晶转变成等轴晶。柱状晶一旦变成 等轴晶，柱状晶的优越性能消失。 1 4 1c u - a 1 - b e 形状记忆合金变形过程中的金属学问题 形状记忆合金变形过程中的金属学问题包括塑性变形、热机械性能、加热过程的 组织变化。 热机械性能是指合金在温度变化的作用下，合金的机械性能和相变发生变化。 h a u t c o e u r 1 4 1 用拉伸试验研究了c u 1 1 6 a 1 0 5 2 b ew t 单晶( 0 4 5 m m 和1 6 m m ) 在不 同温度下的热机械性能。当在m s 以下时，热作用形成的马氏体矿和p 的取向随着丫t _ 矿 转变而变化，随后发生p ”叶a 。在m s 以上时，p p 。和p _ 0 【依次发生，当达到t c d 时这 两个转变同时发生，而p - , 1 3 贝0 要在a 似上才能发生。h a u t c o e u r 对单晶及多晶试样在2 5 6 和2 6 0 拉伸时，发现在奥氏体弹性变形斜线后有塑性流动，出现收缩导致断裂，多 晶的残余应变比柱状晶大。 m o n t e c i n o so s 用c u 1 1 4 a i 0 5 b ew t 多晶体作循环压缩试验，当压缩应变为3 时，试样可完全恢复，当应变增加时，开始产生残余应变，马氏体不能完全逆转变为d 。 将试样加热到6 6 0 k 时，残余应变可完全恢复或部分恢复，马氏体完全逆转变为p 。这 广东工业大学硕士学位论文 试验初步表明残余应变是影响逆转变的一个重要因素。c u a l b e 多晶材料制作眼镜架的 成形工艺曾在美国专利报导过。用锤打法对合金丝进行多次变形，每次变形的变形量 控制在0 0 5 r a m 以内，锤完后在6 5 0 以上快速加热，紧接着急冷至室温，结果发现这 种合金丝仍然保持超弹性。 c a s t r 0 0 6 】研究了c u 2 2 7 2 a 1 3 5 5 b ea t 合金，发现在6 2 3 k 、6 7 3 k 、7 2 3 k 时时效时 间短时，析出极细的忱，随着时效时间的增加，晶粒也开始长大，并出现仅片，继续时 效，发现a 片开始形核。当发生共析分解时，粒子的尺寸随着温度升高而变大。并且忱 富含a l 、b e ，而q 富含b e 。在上述三个温度下，析出的 2 的初始结构为立方、不规则、 多面体。c a s t r o 还发现c u a l b e 的等温分解的时间长，d 相相当稳定。在6 2 3 7 2 3 k ，对 c u z n a i 析出他只需要2 0 0 5 0 0 s ，而c u a l b e 需要l h 。c u z n a i 在6 2 3 k 时效1 0 0 0 s 就析出0 c ， 而c u a i b e 需要2 5 0 h 才析出a 。 1 4 2c u - a 1 - b e 合金应用过程存在的问题 用热型连铸法制备的具有柱状晶组织的铜基记忆合金，消除了传统的多晶材料中 等轴晶晶界的应力集中导致的脆性，显示了优良的力学性能和记忆性能。但热型连铸 难以铸出l m m 以下的丝；连铸过程中丝容易发生弯曲；不易铸出形状复杂的截面。因 此需要对合金进行局部压扁、拉丝、校直等塑性加工。 于能【2 】对柱状晶c u a l b e 做过轧制变形试验，将合金丝置于管式电阻炉中分别在4 0 0 、5 0 0 、6 0 0 、7 0 0 中加热3 5 m i n ，然后通过冷轧试验机。最后得到合金的变形 量为4 5 ，在6 0 0 下变形都会产生大量的马氏体，说明冷轧辊使合金丝温度迅速下降。 而在更高温度退火后，再结晶加剧，内部结构己变为等轴晶，合金变得很脆。 李周龙 1 7 1 对柱状晶c u - a 1 一b e 超弹性合金的热变形研究发现：c u - a 1 b e 合金在4 0 0 、4 5 0 、5 0 0 变形后的试样保持了柱状晶结构和母相组织，机械性能较好，然而 在温度低于4 5 0 。c ，变形困难，变形后试样出现裂纹；在5 0 0 。c 时，延伸率很高，高达 4 0 ，无论是在大变形量下还是小变形量下，弯曲疲劳次数都高达8 0 0 0 0 次以上。随着 温度的继续升高，当达到5 5 0 和6 0 0 时，发现变形比低温下容易，变形所需要的力 也小，可以做到一次锻打成型，然而此时试样的机械性能很差，通过对其试样组织进 行观察发现，是由于析出了新相 r 2 ，导致合金变形后非常的脆。 由此可见c u - a 1 一b e 合金在塑性加工后，低温时形成马氏体，温度提高虽然有助于 6 第一章绪论 减5 , - s 氏体，但发生再结晶现象和析出新相丫2 。因此，在塑性变形加工过程中如何控 制变形条件，避免再结晶发生和析出物形成，就成为记忆合金应用过程中的主要问题。 1 4 3 铜基记忆合金的疲劳 材料的疲劳是指材料在低于拉伸强度极限的交变应力( 或应变) 的反复作用下，发生 裂纹萌生和扩展并导致突然断裂的失效方式。在局部应力集中产生的地方，容易形成 疲劳裂纹。在普通金属材料制造的零部件中，应力集中出现在表面缺陷及夹杂物等地 方，所以在此处裂纹源也最容易形成。滑移带开裂在纯金属及单相合金容易形成；对 于晶界开裂是高温下的材料裂纹形成的主要形式。 差 童 耋 呈 o 矗位q c a lo 口珥” 骞岫 图1 - 3 单晶c u - a i b e 合金在不同温度下的循环拉伸后的应力应变曲线 f i g 1 - 3s t r e s s - s t r a i nc u r v e so fs i n g l ec r y s t a lc u - a i b ea td i f f e r e n tt e m p e r a t u r ef o rt e n s i l ec y c l i n g 对于超弹性合金，由于应变诱发，可能发生p _ m 的可逆转变，1 3 与m 的力学性 能不同，记忆合金尤其是铜基记忆合金晶粒有着很大的各向弹性因子，导致晶粒的位 相不一样，甚至在同一晶粒中存在小角度晶界产生的应变，从而使记忆合金的疲劳现 象异常复杂m 】。记忆合金的疲劳现象可