專利名稱：連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種形狀記憶合金型材的制造設(shè)備及其方法，具體涉 及一種連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備及其方法，屬于連續(xù)鑄造 銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備及其方法的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，公知的銅基形狀記憶合金的制造工藝是釆用將合金熔鑄 成錠，再經(jīng)拉拔、擠壓或壓延等塑性加工方法，將合金加工成絲狀、 帶狀等型材。這種方法制得的產(chǎn)品，其內(nèi)部組織是無方向性的多晶組 織。由于銅基合金晶體的彈性各向異性系數(shù)髙達(dá)13~15，使多晶組 織中相鄰晶粒在變形時的應(yīng)變量不一致，在晶界上形成應(yīng)力集中，使 合金產(chǎn)生脆性。合金的力學(xué)性能和記憶性能都不能滿足實際應(yīng)用的要 求。熱型連鑄法是一種能實現(xiàn)定向凝固的連續(xù)鑄造技術(shù)。用熱型'連 鑄法制造的Cu-Al-Ni合金具有柱狀晶組織。這種組織在受到軸向載 荷時，各晶粒的變形一致，消除了在晶界產(chǎn)生的應(yīng)力集中以及由此引 起的脆性，使記憶合金絲具有優(yōu)異的力學(xué)性能和記憶性能。此外，這 種方法還能直接鑄出所需形狀、尺寸的記憶合金絲，免除塑性加工的 困難。但現(xiàn)有熱型連鑄工藝的缺點是由于合金絲在鑄型內(nèi)凝固時，與 鑄型產(chǎn)生摩擦，使合金絲的表面產(chǎn)生裂紋，如圖2所示，使合金絲不能在實際中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種消除表面裂紋的連 續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備。本發(fā)明的另一目的在于提供一種操作簡單，方便實用的連續(xù)鑄 造銅基形狀記憶合金絲的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的 設(shè)備包括有裝設(shè)在鑄型上、將鑄型加熱到合金的熔點溫度以上，以防 合金在鑄型內(nèi)凝固的加熱器，鑄型的一端導(dǎo)入液面比鑄型的成型腔高 出距離為h的合金液，鑄型的另一端插入與從鑄型的成型腔流出的液柱粘合、并由牽引機(jī)構(gòu)拉動的引絲，鑄型與牽引機(jī)構(gòu)之間設(shè)置一個可 在上述兩者之間沿軸向移動、對引絲及其粘合的液柱進(jìn)行冷卻、使液 柱沿軸向凝固成合金絲的冷卻器。上述在冷卻器與鑄型之間設(shè)置一個將合金絲夾持住、避免合金 絲擺動的支承機(jī)構(gòu)。上述鑄型上裝設(shè)有檢測加熱溫度的熱電偶。上述合金液的液面與鑄型的成型腔之間的距離h為5 ~ 30mm。上述冷卻器與鑄型之間的距離為5mm 30mm。 本發(fā)明使用上述連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備的連續(xù)鑄造方法，其包括有如下步驟1) 將鑄型加熱至1050 ~1100°C;2) 合金液從鑄型一端連續(xù)供給，合金液的液面與鑄型的成型 腔之間的距離h根據(jù)合金絲的直徑保持為5 - 30,之間。在壓力作用 下，合金液克服本身的表面張力進(jìn)入鑄型的成型腔。從鑄型的另一端插入引絲，使引絲與合金液粘合后，啟動牽引機(jī)構(gòu)，以一定的速度將 合金液引出。3)單獨提高鑄型的加熱溫度、提高牽引速度、加大冷卻器到 鑄型的距離，或上述其中兩項或三項的組合，使合金液在鑄型的成型腔外形成一段1 ~ 10mm長的懸空的液柱。設(shè)置在鑄型外的冷卻器對液 柱冷卻，使其沿軸向凝固成合金絲，避免了合金絲與鑄型接觸而產(chǎn)生 裂紋。由于合金絲鑄型外凝固，失去鑄型的支撐而產(chǎn)生擺動，使合金 絲形成波浪形曲折如附圖3所示，因此，在鑄型與冷卻器之間設(shè)置支承機(jī)構(gòu)將合金絲夾持住，防止其擺動，避免產(chǎn)生波浪形曲折。上述牽引機(jī)構(gòu)拉動引絲的牽引速度為30mm/min~ 500mm/min。 本發(fā)明裝設(shè)在鑄型上的加熱器，由于其將鑄型加熱到合金的熔點溫度以上，故可防止合金在鑄型內(nèi)凝固，從鑄型的一端導(dǎo)入的合金液，由于其合金液面高于鑄型，故在壓力的作用下，合金液克服本身的表面張力進(jìn)入鑄型；從鑄型的另一端插入的由牽引機(jī)構(gòu)拉動的引絲，在鑄型與牽引機(jī)構(gòu)之間設(shè)置一個冷卻器，對引絲及其粘合的合金絲進(jìn)行冷卻，使合金液沿合金絲的軸向凝固。根據(jù)合金絲的直徑，設(shè)定合金液面高于鑄型的合適高度，單獨提高鑄型的加熱溫度、提高牽引速度、加大冷卻器到鑄型的距離，或上述其中兩項或三項的組合，將合金液引出鑄型之外，在鑄型與已凝固的合金絲之間形成一段懸空的液柱。這樣，合金絲在鑄型外凝固而不會與鑄型及其他物體接觸，避免產(chǎn)生裂紋。此外，在冷卻器與鑄型之間設(shè)置一個支承機(jī)構(gòu)，將合金絲夾持住，凝固了的合金絲在支承機(jī)構(gòu)的夾持下不會發(fā)生擺動，避免了波浪形曲折的發(fā)生，從而得到無裂紋的、平直的合金絲。本發(fā)明是一種設(shè) 計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備 及其方法。


圖l是本發(fā)明的連續(xù)鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是合金絲與鑄型接觸而形成的表面裂紋的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是合金絲擺動形成的波浪形曲折的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、合金液，2、加熱器，3、鑄型，4、熱電偶，5、液柱， 6、支承機(jī)構(gòu)，7、合金絲，8、冷卻器，9 、引絲，10、牽引機(jī)構(gòu)
具體實施例方式本發(fā)明連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，包括有裝設(shè)在鑄型3上、將鑄型加熱到合金的熔點溫度以上， 以防合金在鑄型內(nèi)凝固的加熱器2,鑄型3的一端導(dǎo)入液面比鑄型3 的成型腔高出距離為h的合金液1，鑄型的另 一端插入與從鑄型3的 成型腔流出的液柱5粘合、并由牽引機(jī)構(gòu)10拉動的引絲9，鑄型3 與牽引機(jī)構(gòu)IO之間設(shè)置一個可在兩者之間沿軸向移動、對引絲9及 其粘合的液柱5進(jìn)行冷卻、使液柱(5 )沿軸向凝固成合金絲7的冷 卻器8。上述合金液1的液面比鑄型3的成型腔高出的距離h,由此產(chǎn)生 的壓力差稱為壓頭，銅基記憶合金含鋁量高，增大了合金液的表面張 力，使合金液能在鑄型外形成懸空的液柱而不漏液。當(dāng)液柱的表面張 力與合金液的壓頭平衡時，液柱的直徑保持不變。當(dāng)壓頭小于液柱的 表面張力時，液柱的直徑將逐漸縮小。當(dāng)壓頭大于液柱的表面張力時,液柱的直徑逐漸增大。若壓頭超過一定值，表面張力已不能保持液柱 的形狀而發(fā)生漏液。因此，要根據(jù)合金絲的直徑仔細(xì)調(diào)節(jié)上述壓頭的大小。上述合金液1的液面與鑄型3的成型腔之間的距離h為5~ 30mm。上述冷卻器8與鑄型3之間的距離為5隱 30mm。為避免合金絲7因擺動而產(chǎn)生波浪形曲折，上述在冷卻器8與 鑄型3之間設(shè)置一個將合金絲7夾持住、避免合金絲7擺動的支承機(jī) 構(gòu)6。為準(zhǔn)確控制鑄型的加熱溫度，上述鑄型3上裝設(shè)有檢測加熱溫 度的熱電偶4。本發(fā)明使用上述連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備的連續(xù)鑄 造方法，其包括有如下步驟1) 將鑄型3加熱至1050 ~1100°C;2) 合金液1從鑄型3 —端連續(xù)供給，合金液1的液面與鑄型 3的成型腔之間的距離h根據(jù)合金絲的直徑保持為5~30隨之間。在 壓力作用下，合金液1克服本身的表面張力進(jìn)入鑄型3的成型腔。從 鑄型的另一端插入引絲9，使引絲9與合金液粘合后，啟動牽引機(jī)構(gòu) 10，以一定的速度將合金液引出。單獨提高鑄型的加熱溫度、提高牽 引速度、加大冷卻器到鑄型的距離，或上述其中兩項或三項的組合， 在鑄型的成型腔外形成一段懸空的液柱5。設(shè)置在鑄型3外的冷卻器 8對液柱5冷卻，使其沿軸向凝固成合金絲7,避免了合金絲7與鑄 型3接觸而產(chǎn)生裂紋。同時，設(shè)置在鑄型3與冷卻器8之間的支承機(jī) 構(gòu)6將合金絲7夾持住，防止其擺動，避免產(chǎn)生波浪形曲折。上述牽引機(jī)構(gòu)10拉動引絲9的牽引速度為30隱/min 500mm/min。下面為實際操作的幾個具體實施例實施例1:本實施例中，含Al 13. 95wt % , Ni 3. 95wt % ，余為Cu的Cu-Al-Ni 合金以240mm/min的速度連鑄成直徑為0. 7mm的絲。合金液1的液面 與鑄型3的成型腔之間的距離h為30mm，鑄型溫度設(shè)定為1100°C， 冷卻器距離鑄型5mm。金相檢驗表明為柱狀晶組織。合金絲具有超彈 性。鑄態(tài)下彎曲疲勞斷裂次數(shù)為16000次，固溶處理后彎曲疲勞斷裂 次數(shù)為14000次。 實施例2:本實施例中，含Al 13. 22wt%,Ni 3. 95wt。/。，余為Cu的Cu-Al-Ni 合金以108mm/min的速度，連鑄成直徑為1mm的絲。合金液1的液面 與鑄型3的成型腔之間的距離h設(shè)定為20mm，鑄型溫度設(shè)定為1075 °C,冷卻器距離鑄型13隱。合金絲具有形狀記憶性能，金相檢驗表 明為柱狀晶組織。經(jīng)固溶處理后，在4%的固定應(yīng)變下，循環(huán)拉伸、 加熱，使其恢復(fù)原長度，直至發(fā)生疲勞斷裂。斷裂時最高的拉伸次數(shù) 為38560次。加熱后的形狀恢復(fù)率在整個拉伸試驗過程均為100%。充分說明用本發(fā)明生產(chǎn)的記憶合金絲具有優(yōu)異的力學(xué)性能、記憶性能和疲勞性能。 實施例3:本實施例中，含Al 13. 95wt% ，Ni 3. 95wt% ,余為Cu的Cu-Al-Ni 合金以500mm/min的速度鑄造成直徑為2mm的絲。合金液1的液面與 鑄型3的成型腔之間的距離h設(shè)定為5mm,鑄型溫度設(shè)定為1050°C,冷卻器距離鑄型6腿。鑄態(tài)下合金絲具有超彈性。金相檢驗表明為細(xì) 晶粒柱狀晶組織。鑄態(tài)下彎曲疲勞斷裂次數(shù)為2萬次。實施例4:本實施例中，含A1 11. 7wt%，Be 0. 6wt。/。，余為Cu的Cu-Al-Be 合金，以270mm/min的速度連鑄成直徑1. 2mm的絲。合金液1的液面 與鑄型3的成型腔之間的距離h設(shè)定為15mm，鑄型溫度設(shè)定為1070 。C,冷卻器距離鑄型8mm。鑄態(tài)下合金絲顯示超彈性。金相檢驗表明 為排列整齊的柱狀晶組織。鑄態(tài)下彎曲疲勞斷裂次數(shù)為13萬次，延 伸率47%,可恢復(fù)應(yīng)變30%。 實施例5:本實施例中，含A111.5wt。/。， BeO. 5wt%,余為Cu的Cu-Al-Be 合金，以30mm/min的速度連鑄成直徑1. 5mm的絲，合金液1的液面 與鑄型3的成型腔之間的距離設(shè)定為8mm,鑄型溫度設(shè)定為1050°C, 冷卻器距離鑄型30mm。金相檢驗表明為有3 4個晶粒的柱狀晶組織。 鑄態(tài)下彎曲疲勞斷裂次數(shù)為16萬次，延伸率45%,可恢復(fù)應(yīng)變40 %。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備，其特征在于包括有裝設(shè)在鑄型(3)上、將鑄型加熱到合金的熔點溫度以上，以防合金在鑄型內(nèi)凝固的加熱器(2)，鑄型(3)的一端導(dǎo)入液面比鑄型(3)的成型腔高出距離為h的合金液(1)，鑄型的另一端插入與從鑄型(3)的成型腔流出的液柱(5)粘合、并由牽引機(jī)構(gòu)(10)拉動的引絲(9)，鑄型(3)與牽引機(jī)構(gòu)(10)之間設(shè)置一個可在其間沿軸向移動、對引絲(9)及其粘合的液柱(5)進(jìn)行冷卻、使液柱(5)沿軸向凝固成合金絲(7)的冷卻器(8)，冷卻器(8)與鑄型(3)之間設(shè)置一個將合金絲(7)夾持住、避免合金絲(7)擺動的支承機(jī)構(gòu)(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備，其特征 在于上述鑄型(3)上裝設(shè)有檢測加熱溫度的熱電偶(4)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備，其特征 在于上述合金液(1)的液面與鑄型(3)的成型腔之間的距離h為5 30mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備，其特征 在于上述冷卻器(8)與鑄型(3)之間的距離為5mm 30鵬。
5、 一種使用權(quán)利要求1所述連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備的連續(xù)鑄造方法，其特征在于包括有如下步驟1) 將鑄型(3)加熱至1050 ~1100°C;2) 合金液(1)從鑄型(3) —端連續(xù)供給，合金液(1)的液面與鑄型 (3)的成型腔之間的距離h保持為5~30mm,在壓力作用下，合金液(1 )克服本身的表面張力進(jìn)入鑄型U)的成型腔，從鑄型的另一端插入引絲(9), 使引絲(9)與合金液粘合后，啟動牽引機(jī)構(gòu)(10)，以一定的速度將合金液引出，在鑄型的成型腔外形成一段懸空的液柱(5),設(shè)置在鑄型(3)外的冷卻器(8)對液柱(5)冷卻，使其沿縱向凝固成合金絲(7),避免了合金絲(7) 與鑄型(3)接觸而產(chǎn)生裂紋，同時，設(shè)置在鑄型(3)與冷卻器(8)之間的 支承機(jī)構(gòu)(6)將合金絲(7)夾持住，防止其擺動，避免產(chǎn)生波浪形曲折。
6、根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)鑄造方法，其特征在于上述牽引機(jī)構(gòu)(IO) 拉動引絲(9)的牽引速度為30mm/min~ 500mm/min。
全文摘要
本發(fā)明是一種連續(xù)鑄造銅基形狀記憶合金絲的設(shè)備及其方法。本發(fā)明的設(shè)備包括有裝設(shè)在鑄型上的加熱器，鑄型的一端導(dǎo)入液面比鑄型的成型腔高出距離為h的合金液，鑄型的另一端插入與從鑄型的成型腔流出的液柱粘合、并由牽引機(jī)構(gòu)拉動的引絲，鑄型與牽引機(jī)構(gòu)之間設(shè)置一個冷卻器。本發(fā)明的方法包括如下步驟1)將鑄型加熱至1050～1100℃；2)合金液從鑄型一端進(jìn)入鑄型的成型腔，鑄型另一端插入引絲，使引絲與合金液粘合后，啟動牽引機(jī)構(gòu)，在鑄型的成型腔外形成一段懸空的液柱，設(shè)置在鑄型外的冷卻器對液柱冷卻，使其沿縱向凝固成合金絲。本發(fā)明的設(shè)備能消除表面裂紋和波浪形曲折。本發(fā)明的方法操作簡單，方便實用。
文檔編號B22D11/14GK101219467SQ20081002597
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者黎沃光 申請人:黎沃光