CuAIBe形状记忆合金管接头研究

发布时间：2017-05-29 20:09

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【摘要】：形状记忆合金管接头经常要在负温下工作。在工作温度接近合金的Ms温度时,合金将在管接头包紧力的作用下产生双程记忆效应而使管接头扩大,导致连接松动。因此合金设计的Ms温度应比工作温度低10℃左右。此前用热型连铸法连铸出具有柱状晶组织的CuAlBe管接头,其Ms温度在0℃附近,在扩径率达到11%时相变滞后扩宽到70℃～80℃,As温度升至70℃～80℃之间,使管接头在室温下储存得以实现。本研究在以上研究的基础上,研究Ms温度为-30℃左右的管接头扩径率、扩径温度、时效热处理对管接头形状回复性能、相变滞后的影响,对管接头扩径后能否在室温储存作出评估。CuAlBe管接头的成分为11.7wt%Al,0.5wt%Be,余为Cu, Ms温度-28℃,As温度-20℃。用水平式热型连铸法连铸成具有柱状晶组织的管和1.5mm厚、50mm宽的板。在板上沿垂直于连铸方向切割拉伸试样,做拉伸试验以模拟管接头扩径时的变形。拉伸时原位观察、测量10个晶粒的变形,分别作出各个晶粒的拉伸。应变曲线。观察拉伸过程的马氏体相变,以研究柱状晶弹性变形、马氏体相变的各向异性。将管切割成一定长度的段,经固溶处理、内孔加工后,分别在-50℃、室温下作扩径率分别为9%、10%、11%的扩径,测量其扩径后的回弹率及回复率；DSC检测扩径前后Ms、As温度；XRD对扩径前、后的管接头进行相结构分析。在250℃保温10h淬火,对其在室温下分别做扩径率9%、10%、11%的扩径,检测其扩径前后Ms、As温度。XRD对扩径前、后的管接头进行相结构分析。以探讨时效析出相对相变滞后的影响。原位拉伸结果表明：管接头在垂直于柱状晶生长方向上存在着严重的各向异性,晶粒的拉伸一应变曲线分为两类,一类为超弹性型,一类为形状记忆型。形状记忆效应型根据晶体取向的不同,可分别诱发β’和γ’马氏体,并使马氏体发生稳定化的程度不一致。由于形状记忆效应型的应变量大,可以扩大相变滞后,因而对管接头的制备是有利的。超弹性型拉伸后完全回复,既对相变滞后无有利影响,又增大了管接头扩径的回弹率,对管接头的制备是不利的。拉伸卸载曲线的多样性说明柱状晶组织横向拉伸时表现出马氏体形成和稳定化各向异性、弹性各向异性以及相变滞后各向异性。扩径试验结果表明：扩径率最大可达11%。随着扩径量的增加,回弹率、回复率逐渐减小,-50℃和室温下扩径11%时的回弹率和回复率分别为26.9%、88.9%和30.8%、87.5%；这是由于变形能产生马氏体稳定化造成的。在扩径试验中发现XRD结果证明了这一点,随着扩径率的增加,X射线衍射谱上出现的β’的衍射峰在逐渐增多。扩径后的相变滞后分别为78℃和67℃。管接头无论在-50℃还是室温下扩径,其DSC曲线都出现了两个分离的马氏体逆变吸热峰。低温端的峰窄而高,温度范围与扩径前的吸热峰相近；高温端的宽而平坦,温度范围与Ms为0℃的管接头扩径的吸热峰相近。低温端峰是由超弹性型晶粒形成,而高温端峰是由形状记忆型晶粒形成。250℃时效10h后扩径率为11%时,管接头回弹率为24.8%,回复率为79.1%,两者都比没时效的低。时效使As、Ms都上升。这是由于时效使β相有序化,使马氏体变形时积累的弹性畸变能减小,需要更多的能量才能向奥氏体逆转变,使As温度升高；而β相的有序化有利于奥氏体向马氏体转变,使Ms温度升高。扩径试验结果表明,在-50℃下扩径回弹率最低,回复率最高。内径为5.76mm的管接头在低温下扩径11%后,在室温下保存,其内径可保持在6.242mm。加热至200℃,内径可回复至5.814mm。对连接外径6mm的管,有足够的装配间隙和过盈量。尽管相变滞后较小,在室温下储存会导致少量的回复,但由于足够大的扩径率足以抵消这一回复量,因此管接头仍能满足连接的要求。管接头的连接性能检测表明,耐压密封性能良好。在管接头内加工出内脊,能使管接头的耐压极限强度增强到19.8Mpa。综上所述,Cu-11.7wt%Al-0.5wt%Be管接头由于其Ms温度低,在-50℃扩径,扩径率大,回弹量小,回复量大,能够满足负温下工作,室温下储存的要求。
【关键词】：形状记忆合金 CuAlBe管接头 各向异性 相变滞后
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 形状记忆合金简介13-18
• 1.2.1 形状记忆合金的性能13-15
• 1.2.2 形状记忆合金的种类15-16
• 1.2.3 形状记忆合金的发展历程16-17
• 1.2.4 形状记忆合金的应用17-18
• 1.3 形状记忆合金管接头18-22
• 1.3.1 形状记忆合金管接头的连接原理18-19
• 1.3.2 管接头形状记忆合金的种类19-21
• 1.3.3 CuAlBe形状记忆合金的研究现状21-22
• 1.4 选题的目的及本文研究内容22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 管接头柱状晶各向异性的研究23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 试验方法24-30
• 2.2.1 板状试样的连铸25-28
• 2.2.2 拉伸试样制备28-29
• 2.2.3 原位观察29-30
• 2.3 结果及讨论30-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 CuAlBe管接头的扩径38-60
• 3.1 引言38-40
• 3.2 试验方法40-45
• 3.2.1 管接头试样的制备40-41
• 3.2.2 扩径装置的设计41-43
• 3.2.3 扩径温度43
• 3.2.4 扩径后管接头的回弹性测量43-44
• 3.2.5 扩径后DSC检测44-45
• 3.2.6 扩径后XRD检测45
• 3.3 扩径实验结果与分析45-53
• 3.3.1 回弹、回复性能结果45-46
• 3.3.2 DSC结果46-49
• 3.3.3 扩径结果分析49-51
• 3.3.4 XRD结果及分析51-53
• 3.4 时效对相变滞后的影响53-58
• 3.4.1 时效扩径试验结果54-56
• 3.4.2 时效扩径结果分析56
• 3.4.3 时效XRD检测及分析56-58
• 3.5 管接头在扩径后的回复性58-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 柱状晶CuAlBe管接头断口分析60-67
• 4.1 引言60-61
• 4.2 管接头断口SEM观察分析61-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 管接头连接性能测试67-70
• 5.1 检测内容及结果67-68
• 5.2 带凸缘管接头的连接68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：405596