Cu-Al基高温形状记忆合金的组织及性能研究

摘要

Cu-Al基记忆合金因具有成本低廉、制造工艺简单、形状记忆效应较好、马氏体相变温度易调节等优点而吸引了大批学者的兴趣，是目前Cu基记忆合金中唯一能发展成为高温形状记忆合金的体系。但是，Cu-Al基合金的多晶脆性和较差的热稳定性阻碍了它的发展。因此，研究和开发综合性能良好的Cu-Al基高温形状记忆合金是很有意义的。
　　本文通过合金化方法制备了多种Cu-Al基记忆合金，包括Cu84-xAl11+xFe5(x=0，1,2,wt％)、Cu84Al10Fe6(wt％)、Cu84Al10Nb2Fe4(wt％)、Cu84Al10Ta2Fe4(wt％)和Cu86Al12Ta2(wt％)合金，采用金相、XRD、DSC、EPMA、拉伸、压缩实验等测试方法，系统地研究了合金的微观组织结构、相变特性、力学及形状记忆性能。本研究的主要内容如下:
　　(1)对Cu84-xAl11+xFe5(x=0，1，2，wt％)合金的微观组织结构、相变特性、力学及形状记忆性能的研究结果表明:x=0，1合金淬火后的马氏体相均由两种马氏体组成，一种是数量较多形状较薄的β'1马氏体，另一种是少量的形状较厚的γ'1马氏体;x=2合金在淬火后几乎为单一γ'1马氏体。x=0合金还析出少量的α(Cu)相和Fe(Al，Cu)相，x=1合金析出了Fe(Al，Cu)相。时效后，所有合金的马氏体相由β'1+γ'1马氏体构成，x=2合金析出雪花状γ1(Cu9Al4)相。所有合金的相变温度都高于450℃。通过压缩实验可知，合金的塑性随着Al含量的减少而增加。同时由于时效后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合金的回复率和回复应变都明显低于淬火状态。但x=1合金时效后回复应变和回复率都与淬火态相当，仍能呈现稳定的形状记忆性能，其回复应变随着预应变的增加呈近似直线增加，并达到最大值1.6％。
　　(2) Cu84Al10Fe6合金淬火后为β'1马氏体和Fe(Al，Cu)两相组织;Cu84Al10Nb2Fe4合金淬火后为β'1+γ'1马氏体、Nb(Fe，Al，Cu)2两相组织;Cu84Al10Ta2Fe4合金淬火后为β'1+γ'1马氏体、Fe(Al，Cu，Ta)和Ta2(Al，Cu，Fe)3三相组织。时效后所有的合金均析出α(Cu)，Cu84Al10Nb2Fe4合金还析出Fe(Al，Cu)相。所有的合金淬火后相变温度均高于440℃。压缩实验结果表明在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。时效后三种合金都析出大量的α(Cu)相使合金的塑性显著增加。此外，Cu84Al10Fe6、Cu84Al10Nb2Fe4和Cu84Al10Ta2Fe4合金呈现较差的形状记忆性能。
　　(3) Cu86Al12Ta2合金淬火后组织由马氏体、Ta2(Al，Cu)3相和Cu(Al，Ta)三相组成，其中析出相主要为Ta2(Al，Cu)3相。热轧后，合金析出一定量的γ1(Cu9Al4)相和较多的Cu(Al，Ta)相。再经保温淬火后，γ1(Cu9Al4)相消失。所研究的合金的相变温度都高于450℃。通过拉伸实验可知，合金的形状回复应变随着预应变的增加而显著增加并达到最大值为3.2％。同时，当合金的预应变小于1.5％时，形状回复率可达100％，随着预应变的进一步增加，形状回复率就逐渐下降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 形状记忆合金简介

1．2．1 形状记忆合金的特性

1．2．2 形状记忆合金的发展

1．2．3 形状记忆合金的应用

1．3 高温形状记忆合金简介

1．3．1 相变温度在100℃-400℃之间的高温形状形状记忆合金

1．3．2 相变温度在400℃-700℃之间的高温形状形状记忆合金

1．3．3 相变温度高于700℃的高温形状记忆合金

1．4 Cu-Al基高温形状记忆合金简介

1．4．1 铜基高温形状记忆合金晶体学特征

1．4．2 铜基高温形状记忆合金研究现状

1．4．3 Cu-Al-Ni合金

1．4．4 Cu-Al-Nb合金

1．4．5 Cu-Al-Pd合金

1．5 选题意义和研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

参考文献

第二章 样品制备及实验方法

2．1 样品的制备

2．1．1 样品的制备

2．1．2 样品的热处理方法

2．1．3 测试用样品的制备

2．2 实验方法

2．2．1 相变特性的测试

2．2．2 显微组织的观察

2．2．3 晶体结构的分析

2．2．4 合金成分分析

2．2．5 力学性能及形状记忆效应的测量

第三章 Cu-Al-Fe系合金的微观组织结构、相变特性、力学及形状记忆性能

3．1 引言

3．2 Cu84-xAl11+xFe5(x=0，1，2)合金的微观组织结构

3．2．1 微观组织

3．2．2 成分分析

3．2．3 晶体结构

3．3 合金的相变特性

3．4 合金的力学性能及形状记忆效应

3．4．1 力学性能

3．4．2 形状记忆效应

3．5 本章小结

参考文献

第四章 CuAlFeX(X=Nb，Ta)合金的微观组织结构、相变特性、力学及形状记忆性能

4．1 引言

4．2 合金的组织结构

4．2．1 显微组织

4．2．2 成分分析

4．2．3 晶体结构

4．3 合金的相变特性

4．4 合金的力学性能及形状记忆效应

4．5 本章小结

参考文献

第五章 Cu86Al12Ta2合金的微观组织结构、相变特性及形状记忆性能

5．1 引言

5．2 Cu86Al12Ta2合金的微观组织结构

5．2．1 微观组织

5．2．2 成分分析

5．2．3 结构分析

5．3 合金的相变特性

5．4 合金的形状记忆效应

5．5 本章小结

参考文献

第六章 结论

致谢

攻读硕士学位期间科研成果

攻读硕士学位期间所获奖励