热型连铸Cu-Al-Ni形状记忆合金的性能研究

【摘要】： 本文对具有柱晶组织的Cu-Al-Ni形状记忆合金丝的性能作了系统的研究，以确定Cu-Al-Ni形状记忆合金在工业化生产中实际应用的可能性。尽管Cu-Al-Ni单晶显示出优良的机械性能和记忆性能，但在实际应用的合金制备工艺中，无一例外的都是获得随机取向的多晶组织。研究表明，Cu-Al-Ni合金大的弹性各向异性因子，导致变形时在晶界处形成应力集中，引起晶间断裂。目前，几乎所有的研究工作都集中在细化晶粒，使应力集中分散，来提Cu-Al-Ni多晶体的机械性能和记忆性能，如添加合金元素、快速凝固、粉末冶金、孕育处理等。本课题用热型连铸法定向凝固来得到粗大的柱状晶组织，通过强化织构来提高Cu-Al-Ni合金的力学性能和疲劳性能，并进一步分析合金丝组织与拉伸疲劳性能的关系。 采用水平式热型连铸装置用不同的拉铸速度制得(?)1和(?)1.5的形状记忆合金丝。用微控电液伺服试验机在室温下作拉伸试验，测定其抗拉强度和延伸率；用自制的拉伸疲劳试验机，测定Cu-Al-Ni合金丝在4％，6％和8％固定应变下的疲劳寿命和记忆性能；用DSC法测试了合金丝的相变温度；用X-ray衍射仪分析了合金丝内晶粒的晶体取向；用金相显微镜观察合金丝在铸态、固溶处理后以及疲劳拉断后的组织形态；用扫描电镜观测了Cu-Al-Ni合金丝的静拉伸断口和疲劳断口形貌。 研究结果表明：用50mm／min拉铸的((?)1.5合金丝，抗拉强度为633MPa，延伸率14.95％，在4％应变下的反复拉伸疲劳寿命高达38560次；在6％的应变下反复拉伸疲劳寿命为30378次，其最大可恢复应变为10％；以75mm／min拉铸的(?)1合金丝，抗拉强度可达910MPa，延伸率为18.76％，在4％应变下的反复拉伸疲劳断裂次数达17108次；在6％的应变下反复拉伸疲劳寿命为16215次，其最大可恢复应变为10.5％。几种合金丝在疲劳断裂前，回复率一直保持为100％。 随着拉铸速度的提高，单位横截面积上的晶粒数增加，晶粒直径变小。X-ray衍射结果显示，各种拉速的合金丝内的晶粒取向基本一致，柱晶取向偏离度不超过13°。从疲劳断口形貌可以看出，影响合金丝疲劳寿命的因素有两个：(1)横向晶界面的大小和数量；(2)铸造缺陷和表面质量。纵向晶界的存在不会影响合金丝的疲劳寿命。 广东工业大学工学硕士学位论文 用热型连铸法拉制具有柱晶组织的Cu一Al一Ni形状记忆合金丝，具有优良的机 械性能、疲劳性能和记忆性能。通过优化工艺参数，提高合金丝表面质量，消除 铸造缺陷;提高拉速，增加单位横截面积上的晶粒个数，减小横向晶界面的大小 和数量，可以进一步提高合金丝的机械性能和疲劳性能。