Cu-Al基高溫形狀記憶合金的組織及性能研究.pdf

1、Cu-Al基記憶合金因具有成本低廉、制造工藝簡(jiǎn)單、形狀記憶效應(yīng)較好、馬氏體相變溫度易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)而吸引了大批學(xué)者的興趣，是目前Cu基記憶合金中唯一能發(fā)展成為高溫形狀記憶合金的體系。但是，Cu-Al基合金的多晶脆性和較差的熱穩(wěn)定性阻礙了它的發(fā)展。因此，研究和開發(fā)綜合性能良好的Cu-Al基高溫形狀記憶合金是很有意義的。
　　本文通過合金化方法制備了多種Cu-Al基記憶合金，包括Cu84-xAl11+xFe5(x=0，1,2,wt％)、C

2、u84Al10Fe6(wt％)、Cu84Al10Nb2Fe4(wt％)、Cu84Al10Ta2Fe4(wt％)和Cu86Al12Ta2(wt％)合金，采用金相、XRD、DSC、EPMA、拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)等測(cè)試方法，系統(tǒng)地研究了合金的微觀組織結(jié)構(gòu)、相變特性、力學(xué)及形狀記憶性能。本研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)對(duì)Cu84-xAl11+xFe5(x=0，1，2，wt％)合金的微觀組織結(jié)構(gòu)、相變特性、力學(xué)及形狀記憶性能的研究結(jié)果表明:x=

3、0，1合金淬火后的馬氏體相均由兩種馬氏體組成，一種是數(shù)量較多形狀較薄的β'1馬氏體，另一種是少量的形狀較厚的γ'1馬氏體;x=2合金在淬火后幾乎為單一γ'1馬氏體。x=0合金還析出少量的α(Cu)相和Fe(Al，Cu)相，x=1合金析出了Fe(Al，Cu)相。時(shí)效后，所有合金的馬氏體相由β'1+γ'1馬氏體構(gòu)成，x=2合金析出雪花狀γ1(Cu9Al4)相。所有合金的相變溫度都高于450℃。通過壓縮實(shí)驗(yàn)可知，合金的塑性隨著Al含量的減少而

4、增加。同時(shí)由于時(shí)效后x=0合金析出大量的α(Cu)，x=2合金析出平衡相γ1(Cu9Al4)，所以x=0，2合金的回復(fù)率和回復(fù)應(yīng)變都明顯低于淬火狀態(tài)。但x=1合金時(shí)效后回復(fù)應(yīng)變和回復(fù)率都與淬火態(tài)相當(dāng)，仍能呈現(xiàn)穩(wěn)定的形狀記憶性能，其回復(fù)應(yīng)變隨著預(yù)應(yīng)變的增加呈近似直線增加，并達(dá)到最大值1.6％。
　　(2) Cu84Al10Fe6合金淬火后為β'1馬氏體和Fe(Al，Cu)兩相組織;Cu84Al10Nb2Fe4合金淬火后為β'1+γ'

5、1馬氏體、Nb(Fe，Al，Cu)2兩相組織;Cu84Al10Ta2Fe4合金淬火后為β'1+γ'1馬氏體、Fe(Al，Cu，Ta)和Ta2(Al，Cu，F(xiàn)e)3三相組織。時(shí)效后所有的合金均析出α(Cu)，Cu84Al10Nb2Fe4合金還析出Fe(Al，Cu)相。所有的合金淬火后相變溫度均高于440℃。壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在Cu-Al-Fe合金中添加微量的Nb元素，合金的塑性降低;添加Ta元素，合金的塑性得到提高。時(shí)效后三種合金都析出大量

6、的α(Cu)相使合金的塑性顯著增加。此外，Cu84Al10Fe6、Cu84Al10Nb2Fe4和Cu84Al10Ta2Fe4合金呈現(xiàn)較差的形狀記憶性能。
　　(3) Cu86Al12Ta2合金淬火后組織由馬氏體、Ta2(Al，Cu)3相和Cu(Al，Ta)三相組成，其中析出相主要為Ta2(Al，Cu)3相。熱軋后，合金析出一定量的γ1(Cu9Al4)相和較多的Cu(Al，Ta)相。再經(jīng)保溫淬火后，γ1(Cu9Al4)相消失。所研究