PL190895B1

PL190895B1 - Elastic memory copper alloy

Info

Publication number: PL190895B1
Application number: PL343696A
Authority: PL
Inventors: Henryk Morawiec; Józef Lelątko
Original assignee: Univ Slaski
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2000-11-03
Publication date: 2006-02-28
Also published as: PL343696A1

Abstract

Stop miedzi z pamięcią kształtu w wysokich temperaturach, zawierający oprócz miedzi, aluminium i niobu, znamienny tym, że zawiera dodatkowo kobalt, przy czym wagowa zawartość kobaltu wynosi 0,5-2%, korzystnie 2%, niobu 1-3%, korzystnie 2%, aluminium 12,5-13%, korzystnie 13%, tytanu 0,2%, boru 0,05%, resztę stanowi miedź i dopuszczalne zanieczyszczenia w ilości do 0,3%.A high temperature shape memory copper alloy containing in addition to copper, aluminum and niobium, further comprising cobalt, the cobalt content by weight being 0.5-2%, preferably 2%, niobium 1-3%, preferably 2 %, aluminum 12.5-13%, preferably 13%, titanium 0.2%, boron 0.05%, the rest being copper and acceptable impurities up to 0.3%.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest stop miedziowo-aluminiowy z pamięcią kształtu w wysokiej temperaturze, o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i wysokim wydłużeniu oraz bardzo dużym stopniu odzysku kształtu i dobrej odporności na termiczną degradację.The subject of the invention is a copper-aluminum alloy with high temperature shape memory, high tensile strength and high elongation, and a very high degree of shape recovery and good resistance to thermal degradation.

Dotychczas znanych jest w skali światowej szereg gatunków stopów na bazie miedzi odznaczających się pamięcią kształtu w podwyższonej temperaturze. Należą do nich stopy trójskładnikowe zawierające wagowo około 12-13% aluminium oraz około 3-5% wagowo niklu (J. Van Humbeeck, M.Chandrasekaran, R.Stalmans - Proc. Int. Conf. on Mart. Transf. (ICOMAT 1992) str. 1015). Wadą tych stopów są: duża kruchość, trudności w przeróbce plastycznej oraz niska odporność na degradację termiczną. Celem polepszenia tych własności dodaje się tytan, bor, cyrkon (R.Elst, J. Van Humbeeck, L.Delaey - Mat. Sci. Techn. 4 (1988) str. 644). Znany jest, pod nazwą CANTiM, stop miedzi zawierający wagowo około 12% aluminium, około 5% niklu, około 2% manganu oraz około 1% tytanu (K.Sugimoto, K.Kamei, M.Nakaniwa - Engineering Aspect of Shape Memory Alloys, T.W. Duering i in., ed. Buttwer-worth - Heinemann, London 1990, str. 89). Dodatki manganu i tytanu poprawiają te własności, jednak ich wprowadzenie powoduje trudności technologiczne. Znany jest także inny stop miedzi zawierający wagowo 10-13% aluminium oraz 1-14% srebra ( J.M. Gilemany, J.Fernandez, i in., - J. de Phys. III, 5, 1995, str. 361). Stop ten nie charakteryzuje się jednak znaczącym polepszeniem wymaganych własności, a ponadto posiada wysokie koszty produkcji z uwagi na cenę srebra. Poprawę własności plastycznych stopów miedziowo - aluminiowych uzyskano wprowadzając jako trzeci pierwiastek niob w ilościach 0,3-7,9% wagowych (H.Morawiec, J.Lelątko i in., Materials Science Forum, 327-327 (2000) str.291). Stopy te posiadają odzysk kształtu w temperaturze powyżej 300°C. Temperatura ta jest jednak zbyt wysoka dla tego typu brązów, dlatego też charakteryzują się one niską odpornością na degradację termiczną.So far, a number of copper-based alloys with shape memory at elevated temperatures are known worldwide. These include ternary alloys containing about 12-13% by weight of aluminum and about 3-5% by weight of nickel (J. Van Humbeeck, M.Chandrasekaran, R.Stalmans - Proc. Int. Conf. On Mart. Transf. (ICOMAT 1992) p. 1015). The disadvantages of these alloys are: high brittleness, difficulties in plastic processing and low resistance to thermal degradation. To improve these properties, titanium, boron, and zirconium are added (R.Elst, J. Van Humbeeck, L.Delaey - Mat. Sci. Techn. 4 (1988) p. 644). There is a copper alloy known under the name CANTiM, containing about 12% by weight of aluminum, about 5% nickel, about 2% manganese and about 1% titanium (K. Sugimoto, K. Kamei, M. Nakaniwa - Engineering Aspect of Shape Memory Alloys, TW Duering et al., Eds. Buttwerworth - Heinemann, London 1990, p. 89). Additions of manganese and titanium improve these properties, but their introduction causes technological difficulties. Another copper alloy containing 10-13% by weight of aluminum and 1-14% by weight of silver is also known (J.M. Gilemany, J.Fernandez, et al., J. de Phys. III, 5, 1995, p. 361). However, this alloy does not show a significant improvement in the required properties and, moreover, has high production costs due to the price of silver. The improvement of the plastic properties of copper-aluminum alloys was achieved by introducing niobium as the third element in amounts of 0.3-7.9% by weight (H. Morawiec, J. Lelątko et al., Materials Science Forum, 327-327 (2000) p. 291) . These alloys have shape recovery at temperatures above 300 ° C. However, this temperature is too high for this type of bronze, therefore they are characterized by low resistance to thermal degradation.

Stop miedziowo-aluminiowy według wynalazku zawiera wagowo: 12,5-13% aluminium, korzystnie 13%, 1-3% niobu, korzystnie 2%, 0,3-2% kobaltu i korzystnie 2%, 0,2% tytanu i 0,05% boru. Resztę stanowi miedź i dopuszczalne zanieczyszczenia w ilości do 0,3%. Stop ten może być produkowany znanymi sposobami przez topienie w piecu indukcyjnym i odlewanie statyczne z następną przeróbką plastyczną na gorąco przez wyciskanie walcowanie, kucie, dalszą przeróbkę plastyczną na zimno oraz obróbkę cieplną polegającą na hartowaniu z temperatury 850°C.The copper-aluminum alloy according to the invention comprises by weight: 12.5-13% aluminum, preferably 13%, 1-3% niobium, preferably 2%, 0.3-2% cobalt and preferably 2%, 0.2% titanium and 0 .05% boron. The rest is copper and permissible impurities in the amount of up to 0.3%. This alloy can be produced by known methods by melting in an induction furnace and static casting followed by hot forming by extrusion, rolling, forging, further cold working and heat treatment by quenching at 850 ° C.

Dla uzyskania dobrych własności wytrzymałościowych, dobrej odkształcalności podczas przeróbki plastycznej na gorąco, dobrej odkształcalności podczas przeróbki plastycznej na zimno oraz wysokiego stopnia odzysku kształtu w temperaturach powyżej 200°C i wysokiej odporności na degradację termiczną, stop według wynalazku zawiera 12,5-13% wagowych aluminium - korzystnie 13%, a także 1-3% wagowych niobu - korzystnie 2%. Dla sterowania zakresem temperaturowym odzysku kształtu oraz poprawy odporności na degradację termiczną stop także zawiera 0,3-2% wagowych kobaltu - korzystnie 2%. Zawiera on 0,2% wagowych tytanu i 0,05% wagowych boru celem rozdrobnienia ziarna i wzrostu własności mechanicznych.In order to obtain good strength properties, good formability during hot working, good formability during cold working and a high degree of shape recovery at temperatures above 200 ° C and high resistance to thermal degradation, the alloy according to the invention contains 12.5-13% by weight aluminum - preferably 13% and also 1-3% by weight of niobium - preferably 2%. To control the shape recovery temperature range and improve resistance to thermal degradation, the alloy also contains 0.3-2 wt.% Cobalt - preferably 2 wt.%. It contains 0.2% by weight of titanium and 0.05% by weight of boron to refine the grain and increase its mechanical properties.

PrzykładExample

W elektrycznym piecu indukcyjnym w próżni lub atmosferze argonu topi się stop zawierający wagowo: 13% aluminium, 2% niobu, 2% kobaltu, 0,2% tytanu i 0,05% boru, reszta miedź. Ze stopu odlewa się sposobem statycznym wlewki płaskie o grubości 30 mm. Wlewki te po homogenizacji nagrzewa się do temperatury 800°C i walcuje na gorąco do grubości 0,7 mm. Gotowe taśmy hartuje się z temperatury 850°C do wody. Tak otrzymane taśmy posiadają wytrzymałość na rozciąganie wyższą niż 580 MPa, przy wydłużeniu większym niż 7%. Odzysk kształtu zachodzi w temperaturze T > 230°C, a współczynnik odzysku kształtu jest większy od 95% i nie ulega zmianie po starzeniu w temperaturze 300°C powyżej 50 godz.An alloy containing by weight: 13% aluminum, 2% niobium, 2% cobalt, 0.2% titanium and 0.05% boron, the rest is copper, is melted in an electric induction furnace in a vacuum or argon atmosphere. 30 mm thick flat billets are cast from the alloy in a static manner. After homogenization, these ingots are heated to the temperature of 800 ° C and hot rolled to a thickness of 0.7 mm. The finished tapes are quenched from 850 ° C to water. The tapes thus obtained have a tensile strength of more than 580 MPa with an elongation of more than 7%. The shape recovery takes place at the temperature T> 230 ° C, and the shape recovery coefficient is greater than 95% and does not change after aging at 300 ° C for more than 50 hours.

Claims

A high temperature shape memory copper alloy containing in addition to copper, aluminum and niobium, further comprising cobalt, the weight content of cobalt being 0.5-2%, preferably 2%, niobium 1-3%, preferably 2 %, aluminum 12.5-13%, preferably 13%, titanium 0.2%, boron 0.05%, the rest being copper and acceptable impurities up to 0.3%.