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SLM成形cualfe形状记忆合金的组织与性能调控

SLM成形CuAlFe形状记忆合金的组织与性能调控

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作者：王博西安工业大学

学位级别：硕士

形状记忆合金由于其组织中马氏体相变的独特性,因此具有形状记忆和超弹性等特殊性能,被广泛应用在汽车、医疗和军事工业等领域。利用选区激光熔化（SLM）成形状记忆合金作为一种较新颖的成形工艺,可以细化合金组织,提高力学性能和记忆性... 详细信息

形状记忆合金由于其组织中马氏体相变的独特性,因此具有形状记忆和超弹性等特殊性能,被广泛应用在汽车、医疗和军事工业等领域。利用选区激光熔化（SLM）成形状记忆合金作为一种较新颖的成形工艺,可以细化合金组织,提高力学性能和记忆性能,能够一次性成形复杂结构零件。其中用该方法制备的铜基形状记忆合金相较于传统形状记忆合金拥有较高的相变温度,且性能良好,在高温工作环境下表现出广泛应用前景。本文采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、万能力学试验机、热机械分析仪（TMA）等,对合金的组织、致密度、相变温度、力学性能和记忆性能等展开分析,研究了激光扫描速度、铝含量和热处理工艺对cualfe形状记忆合金组织及性能的影响,取得的主要研究结论如下:（1）阐明了SLM成形时激光扫描速度对cualfe形状记忆合金组织及性能的影响规律。随着扫描速度的增加,晶粒尺寸逐渐减小,由600 mm/s的8-10μm减小到900 mm/s的4-5μm,同时当扫描速度为900 mm/s时由于速度过快出现气孔裂纹等缺陷。相变温度均随着扫描速度的增加呈现逐渐下降的趋势。性能方面,增大扫描速度可提高合金的力学性能,但会降低合金的形状记忆性能。通过对比确定,最优的扫描速度为700 mm/s,获得的合金组织细小、压缩强度和拉伸强度分别为1320 MPa和300 MPa,且形状记忆性能良好。（2）阐明了合金中铝含量变化会对cualfe形状记忆合金的微观组织及性能产生影响。当13Al时马氏体含量最高,且随着铝含量从12.5 wt%增加到13.5 wt%,Ms相温度从213℃逐渐降低到175℃。而As相变温度最初升高,随后降低,当铝含量为13%时,As相变温度约为300℃,达到峰值。而铝含量的变化对合金的力学性能影响不大。弯曲样品的形状记忆性能测试表明,当预应力为5.5%时,13Al的形状记忆性能最优,形状恢复率可达82.4%。（3）探究了热处理保温时间对合金组织及性能的影响。对合金进行了900℃热处理,通过调整合金的保温时间,得出随着保温时间的增加,马氏体含量增加,且Fe（Al,Cu）相逐渐长大。合金在900℃保温处理后,相变温度均提高,其中As相变温度在350℃,随着保温时间的增加,相变滞后逐渐降低。同时压缩性能随着保温时间的增加逐渐降低,从2 h的1400 MPa下降到24 h的1200 MPa。相反,抗拉强度逐渐提高,从2 h的400 MPa提高到24 h的450 MPa,且保温热处理提高了合金塑性。合金的记忆性能随着保温时间的增加逐渐提高,在保温24 h时,当预应变3%时能够达到70%,而保温时间为2 h的形状恢复率仅为30%。

关键词： SLM 形状记忆合金 cualfe 显微组织力学性能记忆性能

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