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)常要在負溫下工作。在工作溫度接近合金的Ms溫度時，合金將在管接頭包緊力的作用下產(chǎn)生雙程記憶效應而使管接頭擴大，導致連接松動。因此合金設計的Ms溫度應比工作溫度低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，在擴徑率達到11％時相變滯后擴寬到70℃～80℃，As溫度升至70℃～80℃之間，使管接頭在室溫下儲存得以實現(xiàn)。本研究在以上研究的基礎上，研究Ms溫度為-30℃左右的管

2、接頭擴徑率、擴徑溫度、時效熱處理對管接頭形狀回復性能、相變滯后的影響，對管接頭擴徑后能否在室溫儲存作出評估。
　　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，做拉伸試驗以模擬管接頭擴徑時的變形。拉伸時原位觀察、測量10個晶粒的變形，分別作出各個晶

3、粒的拉伸-應變曲線。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℃、室溫下作擴徑率分別為9％、10％、11％的擴徑，測量其擴徑后的回彈率及回復率;DSC檢測擴徑前后Ms、As溫度;XRD對擴徑前、后的管接頭進行相結(jié)構(gòu)分析。
　　在250℃保溫10h淬火，對其在室溫下分別做擴徑率9％、10％、11％的擴徑，檢測其擴徑前后Ms、As溫度。

4、XRD對擴徑前、后的管接頭進行相結(jié)構(gòu)分析。以探討時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重的各向異性，晶粒的拉伸-應變曲線分為兩類，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。由于形狀記憶效應型的應變量大，可以擴大相變滯后，因而對管接頭的制備是有利的。超彈性型拉伸后完全回復，既對相變滯后無有利影響

5、，又增大了管接頭擴徑的回彈率，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。
　　擴徑試驗結(jié)果表明:擴徑率最大可達11％。隨著擴徑量的增加，回彈率、回復率逐漸減小，-50℃和室溫下擴徑11％時的回彈率和回復率分別為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。在擴徑試驗中發(fā)現(xiàn)XRD結(jié)果證明了這一點，隨著

6、擴徑率的增加，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℃還是室溫下擴徑，其DSC曲線都出現(xiàn)了兩個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℃時效10h后擴徑率為11％時，管接頭回彈率為24.8

7、％，回復率為79.1％，兩者都比沒時效的低。時效使As、Ms都上升。這是由于時效使β相有序化，使馬氏體變形時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。
　　擴徑試驗結(jié)果表明，在-50℃下擴徑回彈率最低，回復率最高。
　　內(nèi)徑為5.76mm的管接頭在低溫下擴徑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，在室溫下儲存會導致少量的回復，但由于足夠大的擴徑率足以抵消這一回復量，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度增強到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℃擴徑，擴徑率大，回彈量小，回復量大，能夠滿足負溫下