CuAlBe形狀記憶合金管接頭研究.pdf

1、形狀記憶合金管接頭經(jīng)常要在負(fù)溫下工作。在工作溫度接近合金的Ms溫度時(shí)，合金將在管接頭包緊力的作用下產(chǎn)生雙程記憶效應(yīng)而使管接頭擴(kuò)大，導(dǎo)致連接松動(dòng)。因此合金設(shè)計(jì)的Ms溫度應(yīng)比工作溫度低10℃左右。此前用熱型連鑄法連鑄出具有柱狀晶組織的CuAlBe管接頭，其Ms溫度在0℃附近，在擴(kuò)徑率達(dá)到11％時(shí)相變滯后擴(kuò)寬到70℃～80℃，As溫度升至70℃～80℃之間，使管接頭在室溫下儲(chǔ)存得以實(shí)現(xiàn)。本研究在以上研究的基礎(chǔ)上，研究Ms溫度為-30℃左右的管

2、接頭擴(kuò)徑率、擴(kuò)徑溫度、時(shí)效熱處理對管接頭形狀回復(fù)性能、相變滯后的影響，對管接頭擴(kuò)徑后能否在室溫儲(chǔ)存作出評(píng)估。
　　CuAlBe管接頭的成分為11.7wt％Al，0.5wt％Be，余為Cu，Ms溫度-28℃，As溫度-20℃。用水平式熱型連鑄法連鑄成具有柱狀晶組織的管和1.5mm厚、50mm寬的板。
　　在板上沿垂直于連鑄方向切割拉伸試樣，做拉伸試驗(yàn)以模擬管接頭擴(kuò)徑時(shí)的變形。拉伸時(shí)原位觀察、測量10個(gè)晶粒的變形，分別作出各個(gè)晶

3、粒的拉伸-應(yīng)變曲線。觀察拉伸過程的馬氏體相變，以研究柱狀晶彈性變形、馬氏體相變的各向異性。
　　將管切割成一定長度的段，經(jīng)固溶處理、內(nèi)孔加工后，分別在-50℃、室溫下作擴(kuò)徑率分別為9％、10％、11％的擴(kuò)徑，測量其擴(kuò)徑后的回彈率及回復(fù)率;DSC檢測擴(kuò)徑前后Ms、As溫度;XRD對擴(kuò)徑前、后的管接頭進(jìn)行相結(jié)構(gòu)分析。
　　在250℃保溫10h淬火，對其在室溫下分別做擴(kuò)徑率9％、10％、11％的擴(kuò)徑，檢測其擴(kuò)徑前后Ms、As溫度。

4、XRD對擴(kuò)徑前、后的管接頭進(jìn)行相結(jié)構(gòu)分析。以探討時(shí)效析出相對相變滯后的影響。
　　原位拉伸結(jié)果表明:管接頭在垂直于柱狀晶生長方向上存在著嚴(yán)重的各向異性，晶粒的拉伸-應(yīng)變曲線分為兩類，一類為超彈性型，一類為形狀記憶型。形狀記憶效應(yīng)型根據(jù)晶體取向的不同，可分別誘發(fā)β'和γ'馬氏體，并使馬氏體發(fā)生穩(wěn)定化的程度不一致。由于形狀記憶效應(yīng)型的應(yīng)變量大，可以擴(kuò)大相變滯后，因而對管接頭的制備是有利的。超彈性型拉伸后完全回復(fù)，既對相變滯后無有利影響

5、，又增大了管接頭擴(kuò)徑的回彈率，對管接頭的制備是不利的。拉伸卸載曲線的多樣性說明柱狀晶組織橫向拉伸時(shí)表現(xiàn)出馬氏體形成和穩(wěn)定化各向異性、彈性各向異性以及相變滯后各向異性。
　　擴(kuò)徑試驗(yàn)結(jié)果表明:擴(kuò)徑率最大可達(dá)11％。隨著擴(kuò)徑量的增加，回彈率、回復(fù)率逐漸減小，-50℃和室溫下擴(kuò)徑11％時(shí)的回彈率和回復(fù)率分別為26.9％、88.9％和30.8％、87.5％;這是由于變形能產(chǎn)生馬氏體穩(wěn)定化造成的。在擴(kuò)徑試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)XRD結(jié)果證明了這一點(diǎn)，隨著

6、擴(kuò)徑率的增加，X射線衍射譜上出現(xiàn)的β'的衍射峰在逐漸增多。擴(kuò)徑后的相變滯后分別為78℃和67℃。
　　管接頭無論在-50℃還是室溫下擴(kuò)徑，其DSC曲線都出現(xiàn)了兩個(gè)分離的馬氏體逆變吸熱峰。低溫端的峰窄而高，溫度范圍與擴(kuò)徑前的吸熱峰相近;高溫端的寬而平坦，溫度范圍與Ms為0℃的管接頭擴(kuò)徑的吸熱峰相近。低溫端峰是由超彈性型晶粒形成，而高溫端峰是由形狀記憶型晶粒形成。
　　250℃時(shí)效10h后擴(kuò)徑率為11％時(shí)，管接頭回彈率為24.8

7、％，回復(fù)率為79.1％，兩者都比沒時(shí)效的低。時(shí)效使As、Ms都上升。這是由于時(shí)效使β相有序化，使馬氏體變形時(shí)積累的彈性畸變能減小，需要更多的能量才能向奧氏體逆轉(zhuǎn)變，使As溫度升高;而β相的有序化有利于奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，使Ms溫度升高。
　　擴(kuò)徑試驗(yàn)結(jié)果表明，在-50℃下擴(kuò)徑回彈率最低，回復(fù)率最高。
　　內(nèi)徑為5.76mm的管接頭在低溫下擴(kuò)徑11％后，在室溫下保存，其內(nèi)徑可保持在6.242mm。加熱至200℃，內(nèi)徑可回復(fù)至5

8、.814mm。對連接外徑6mm的管，有足夠的裝配間隙和過盈量。盡管相變滯后較小，在室溫下儲(chǔ)存會(huì)導(dǎo)致少量的回復(fù)，但由于足夠大的擴(kuò)徑率足以抵消這一回復(fù)量，因此管接頭仍能滿足連接的要求。管接頭的連接性能檢測表明，耐壓密封性能良好。在管接頭內(nèi)加工出內(nèi)脊，能使管接頭的耐壓極限強(qiáng)度增強(qiáng)到19.8Mpa。
　　綜上所述，Cu-11.7wt％Al-0.5wt％Be管接頭由于其Ms溫度低，在-50℃擴(kuò)徑，擴(kuò)徑率大，回彈量小，回復(fù)量大，能夠滿足負(fù)溫下