宽滞后铜基形状记忆合金管接头制备方法

摘要

宽滞后铜基形状记忆合金管接头制备方法。采用Cu－Al－Mn－Zn－Zr形状记忆合金为原料，合金成分重量百分组成为：Al：8.3～9.0，Mn：8.0～8.8，Zn：3.0～4.0，Zr：0.1～0.2，余量为Cu，制备过程包括对合金的热挤压制备管坯、退火处理、冷拉制管、固溶处理、训练扩孔等过程。采用本发明，能够制备出能在室温下(≤40℃)扩孔、室温下贮存与装配，并能满足低温下(≥－25℃)使用要求的形状记忆合金管接头，可以简化工装设备和节省低温贮存所需的昂贵费用，经过固溶处理后的合金伸长率可高达12％，而6.5～8.5％的扩孔变形即可产生满足所需的宽滞后和记忆应变，产品成材率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽滞后铜基形状记忆合金管接头制造工艺，所制得的管接头可应用于各个领域的低、中压工程管道连接，属于功能材料技术领域。

背景技术

现有技术中，对于管道的连接，多采用焊接的手段。但是采用焊接的方法进行管道连接时，需要较大的操作空间，以便于工人操作，而且焊接过程中较大的热的输入，容易使被连接的管道的性能发生变化，特别是对于异种材料的连接，有时采用焊接的方法是不可行的。采用形状记忆合金管接头进行管道的连接，由于材料具有形状记忆功能，只要将事先扩张的形状记忆管接头套上欲连接对装的管端，稍许加热，形状记忆合金管接头由于要恢复小口径的状态，于是开始收缩牢固抱紧管子，达到连接管道的目的。它具有装配工艺简单、无污染的优点，可应用于在连接密集部件、不可焊部件、人类不易达到区域的工程部件(如深水工程、太空工程)等领域。

近年来，国内外研究较多的形状记忆合金管接头材料主要有NiTi基记忆合金，铁基记忆合金和铜基记忆合金。传统的形状记忆合金管接头，在作为低温环境下使用的连接管，需低温下扩孔，低温下贮存，低温下装配，才能满足低温下的使用。

形状记忆合金材料作为管接头应用，公开的文献主要有：专利(公开号)如：CN1614056，CN1614057，论述了作为管接头应用的TiNiMo和TiNiFe两种形状记忆合金，用其制备的管接头可以在室温至-196℃的低温环境下进行扩孔与各管路进行连接，当温度自然恢复到室温，管接头抱紧管件达到不泄漏的目的。专利CN1055322C和专利JP1229192描述了铁基形状记忆合金的记忆特性以及铁基形状记忆合金管接头的研制。专利(公开号)CN1299025A介绍了Ni-Ti系，Cu-Zn-Al系、和Fe-Mn-Ni-Co系形状记忆合金的记忆特性设计出不同的记忆合金连接件的构造。专利US5687995介绍了Ni-Ti系形状记忆合金管接头，在腐蚀环境下使用时，防止电化学和化学腐蚀方面采取的措施。

发明内容

本发明的目的就是提供一种CuAlMnZnZr宽滞后形状记忆合金管接头制备方法，使管接头可以在室温下(≤40℃)扩孔、贮存和进行装配，同时能够在较低温度(≥-25℃)至以上温度环境下使用，从而简化传统的在较低温度下使用的形状记忆合金管接头需要在低温下扩孔与贮存的特殊工装设备，节省低温加工、低温贮存等所需的昂贵费用。

宽滞后铜基形状记忆合金管接头制备方法，采用Cu-Al-Mn-Zn-Zr形状记忆合金为原料，制备工艺过程包括：

(1)所述Cu-Al-Mn-Zn-Zr形状记忆合金成分重量百分组成为：Al：8.3～9.0，Mn：8.0～8.8，Zn：3.0～4.0，Zr：0.1～0.2，余量为Cu。

(2)热挤压制备管坯

将合金锭坯表面处理后，在850～880℃炉中均匀化处理8～10小时，在850～880℃温度下，挤压成管坯。

(3)退火处理

将热挤压管坯在800℃～830℃炉中加热20～30min，随炉冷至480℃，保温150min后出炉空冷。

(4)冷拉制管

经过退火处理的热挤压管材，酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成所需管径和壁厚的管材。

(5)固溶处理

将冷拉管材在800℃～830℃炉中加热20～30min，出炉空冷。

(6)训练扩孔

将上述固溶处理的管材截取所需长度，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩孔，为了产生所需要的宽滞后效应，扩孔变形应在6.5～8.5％。

所述Cu-Al-Mn-Zn-Zr形状记忆合金的制备方法为：

(1)Cu-Al-Mn-Zn-Zr形状记忆合金成分重量百分组成为：Al：8.3～9.0，Mn：8.0～8.8，Zn：3.0～4.0，Zr：0.1～0.2，余量为Cu。

(2)熔炼

以电解铜，工业纯铝，电解锰，锌锭和铜-锆中间合金为原料，将电解铜烘干后，加入铝在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度1150℃～1250℃，熔体用经过焙烧的木炭覆盖；待铜铝熔体熔化后，加入烘干的用铜箔包覆的电解锰，用冰晶石和氟化钙造渣；降低熔体温度，加入锌和铜-锆中间合金。

(3)铸锭

熔体出炉，静置，除渣后，浇铸成φ100mm的圆柱锭坯。

采用本发明，能够制备出能在室温下(≤40℃)扩孔、室温下贮存与装配，并能满足低温下(≥-25℃)使用要求的形状记忆合金管接头(称为宽滞后形状记忆合金管接头)，可以简化传统的在较低温度下使用的形状记忆合金管接头需要在低温下扩孔、安装的特殊工装设备和节省低温贮存所需的昂贵费用，与NiTi基形状记忆合金管接头相比，本发明制得的管接头虽然其记忆应变、形状记忆恢复力略小，但加工性能优良，且价格便宜，其市场前景广阔。经过固溶处理后的合金伸长率可高达12％，而6.5～8.5％的扩孔变形即可产生满足所需的相变宽滞后和记忆应变，因而产品成材率高。本发明的形状记忆合金管接头可应用于各个领域的低、中压工程管工程管道连接，以及高压输电线破断紧急连接等。

具体实施方式

实施例1：铜基形状记忆合金成分为Al-8.7wt％，Mn-8.5wt％，Zn-3.4wt％，Zr-0.1wt％，其余为铜和不可避免杂质。以电解铜，工业纯铝，电解锰，锌锭和铜-锆中间合金为原料。将电解铜烘干后，加入铝一起在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度1200℃～1250℃，熔体用经过焙烧的木炭覆盖。电解锰用铜箔包覆，烘干，待铜铝熔体熔化后，加入熔体中，用冰晶石和氟化钙造渣。降低熔体温度，加入锌和铜-锆中间合金。熔体出炉，静置，除渣后，浇铸成φ100mm的圆柱锭坯。

实施例2：将实施例1所述的合金铸锭，车削清除表面缺陷后，在860℃炉中均匀化处理8小时，在860℃温度下，挤压成管坯。将热挤压管坯在830℃炉中加热30min，随炉冷至480℃，保温150min后出炉空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成内径为φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm长，将其在830℃炉中加热30min，出炉空冷，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩径，扩径变形7.5％，快速加热至200℃，记忆应变为3.8％。

实施例3：将实施例1所述的合金铸锭，车削清除表面缺陷后，在860℃炉中均匀化处理8小时，在860℃温度下，挤压成管坯。将热挤压管坯在830℃炉中加热30min，随炉冷至480℃，保温150min后出炉空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成内径为φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm长，将其在830℃炉中加热30min，出炉空冷，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩径，扩径变形8.5％，快速加热至200℃，记忆应变为3.5％。

实施例4：将实施例1所述的合金铸锭，车削清除表面缺陷后，在860℃炉中均匀化处理8小时，在860℃温度下，挤压成管坯。将热挤压管坯在830℃炉中加热30min，随炉冷至480℃，保温150min后出炉空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成内径为φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm长，将其在830℃炉中加热30min，出炉空冷，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩径，扩径变形6.5％，快速加热至200℃，记忆应变为4.0％。

实施例5：将实施例1所述的合金铸锭，车削清除表面缺陷后，在860℃炉中均匀化处理8小时，在860℃温度下，挤压成管坯。将热挤压管坯在830℃炉中加热30min，随炉冷至480℃，保温150min后出炉空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成内径为φ19.0mm，壁厚1.5mm的管材，截取20mm长，将其在830℃炉中加热30min，出炉空冷，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩径，扩径变形7.5％，快速加热至200℃，记忆应变为3.7％。

实施例6：将实施例1所述的合金铸锭，车削清除表面缺陷后，在860℃炉中均匀化处理8小时，在860℃温度下，挤压成管坯。将热挤压管坯在830℃炉中加热30min，随炉冷至480℃，保温1 50min后出炉空冷。酸洗清除表面氧化膜后，冷拉成内径为φ7.7mm，壁厚0.8mm的管材，截取20mm长，将其在830℃炉中加热30min，出炉空冷，两端口经锥铣刀倒角后，室温下采用锥形冲头，在油压机上进行扩径，扩径变形7.5％，40±1℃的恒温箱中储存30天后，将外径为φ8.0mm，壁厚为1.0mm的不锈钢管分别从其两端插入，快速加热至200℃。在-18℃时，拉脱力≥200kg；室温下拉脱力≥250kg。