专利名称：连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备及其方法
技术领域：
本发明是一种形状记忆合金型材的制造设备及其方法，具体涉 及一种连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备及其方法，属于连续铸造 铜基形状记忆合金丝的设备及其方法的改造技术。
背景技术：
目前，公知的铜基形状记忆合金的制造工艺是釆用将合金熔铸 成锭，再经拉拔、挤压或压延等塑性加工方法，将合金加工成丝状、 带状等型材。这种方法制得的产品，其内部组织是无方向性的多晶组 织。由于铜基合金晶体的弹性各向异性系数髙达13~15，使多晶组 织中相邻晶粒在变形时的应变量不一致，在晶界上形成应力集中，使 合金产生脆性。合金的力学性能和记忆性能都不能满足实际应用的要 求。热型连铸法是一种能实现定向凝固的连续铸造技术。用热型'连 铸法制造的Cu-Al-Ni合金具有柱状晶组织。这种组织在受到轴向载 荷时，各晶粒的变形一致，消除了在晶界产生的应力集中以及由此引 起的脆性，使记忆合金丝具有优异的力学性能和记忆性能。此外，这 种方法还能直接铸出所需形状、尺寸的记忆合金丝，免除塑性加工的 困难。但现有热型连铸工艺的缺点是由于合金丝在铸型内凝固时，与 铸型产生摩擦，使合金丝的表面产生裂紋，如图2所示，使合金丝不能在实际中应用。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种消除表面裂紋的连 续铸造铜基形状记忆合金丝的设备。本发明的另一目的在于提供一种操作简单，方便实用的连续铸 造铜基形状记忆合金丝的方法。本发明的技术方案是本发明连续铸造铜基形状记忆合金丝的 设备包括有装设在铸型上、将铸型加热到合金的熔点温度以上，以防 合金在铸型内凝固的加热器，铸型的一端导入液面比铸型的成型腔高 出距离为h的合金液，铸型的另一端插入与从铸型的成型腔流出的液柱粘合、并由牵引机构拉动的引丝，铸型与牵引机构之间设置一个可 在上述两者之间沿轴向移动、对引丝及其粘合的液柱进行冷却、使液 柱沿轴向凝固成合金丝的冷却器。上述在冷却器与铸型之间设置一个将合金丝夹持住、避免合金 丝摆动的支承机构。上述铸型上装设有检测加热温度的热电偶。上述合金液的液面与铸型的成型腔之间的距离h为5 ~ 30mm。上述冷却器与铸型之间的距离为5mm 30mm。 本发明使用上述连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备的连续铸造方法，其包括有如下步骤1) 将铸型加热至1050 ~1100°C;2) 合金液从铸型一端连续供给，合金液的液面与铸型的成型 腔之间的距离h根据合金丝的直径保持为5 - 30,之间。在压力作用 下，合金液克服本身的表面张力进入铸型的成型腔。从铸型的另一端插入引丝，使引丝与合金液粘合后，启动牵引机构，以一定的速度将 合金液引出。3)单独提高铸型的加热温度、提高牵引速度、加大冷却器到 铸型的距离，或上述其中两项或三项的组合，使合金液在铸型的成型腔外形成一段1 ~ 10mm长的悬空的液柱。设置在铸型外的冷却器对液 柱冷却，使其沿轴向凝固成合金丝，避免了合金丝与铸型接触而产生 裂紋。由于合金丝铸型外凝固，失去铸型的支撑而产生摆动，使合金 丝形成波浪形曲折如附图3所示，因此，在铸型与冷却器之间设置支承机构将合金丝夹持住，防止其摆动，避免产生波浪形曲折。上述牵引机构拉动引丝的牵引速度为30mm/min~ 500mm/min。 本发明装设在铸型上的加热器，由于其将铸型加热到合金的熔点温度以上，故可防止合金在铸型内凝固，从铸型的一端导入的合金液，由于其合金液面高于铸型，故在压力的作用下，合金液克服本身的表面张力进入铸型；从铸型的另一端插入的由牵引机构拉动的引丝，在铸型与牵引机构之间设置一个冷却器，对引丝及其粘合的合金丝进行冷却，使合金液沿合金丝的轴向凝固。根据合金丝的直径，设定合金液面高于铸型的合适高度，单独提高铸型的加热温度、提高牵引速度、加大冷却器到铸型的距离，或上述其中两项或三项的组合，将合金液引出铸型之外，在铸型与已凝固的合金丝之间形成一段悬空的液柱。这样，合金丝在铸型外凝固而不会与铸型及其他物体接触，避免产生裂紋。此外，在冷却器与铸型之间设置一个支承机构，将合金丝夹持住，凝固了的合金丝在支承机构的夹持下不会发生摆动，避免了波浪形曲折的发生，从而得到无裂紋的、平直的合金丝。本发明是一种设 计巧妙，性能优良，方便实用的连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备 及其方法。
图l是本发明的连续铸造设备的结构示意图； 图2是合金丝与铸型接触而形成的表面裂紋的结构示意图； 图3是合金丝摆动形成的波浪形曲折的结构示意图。 图中1、合金液，2、加热器，3、铸型，4、热电偶，5、液柱， 6、支承机构，7、合金丝，8、冷却器，9 、引丝，10、牵引机构
具体实施例方式本发明连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备的结构示意图如图1 所示，包括有装设在铸型3上、将铸型加热到合金的熔点温度以上， 以防合金在铸型内凝固的加热器2,铸型3的一端导入液面比铸型3 的成型腔高出距离为h的合金液1，铸型的另 一端插入与从铸型3的 成型腔流出的液柱5粘合、并由牵引机构10拉动的引丝9，铸型3 与牵引机构IO之间设置一个可在两者之间沿轴向移动、对引丝9及 其粘合的液柱5进行冷却、使液柱(5 )沿轴向凝固成合金丝7的冷 却器8。上述合金液1的液面比铸型3的成型腔高出的距离h,由此产生 的压力差称为压头，铜基记忆合金含铝量高，增大了合金液的表面张 力，使合金液能在铸型外形成悬空的液柱而不漏液。当液柱的表面张 力与合金液的压头平衡时，液柱的直径保持不变。当压头小于液柱的 表面张力时，液柱的直径将逐渐缩小。当压头大于液柱的表面张力时,液柱的直径逐渐增大。若压头超过一定值，表面张力已不能保持液柱 的形状而发生漏液。因此，要根据合金丝的直径仔细调节上述压头的大小。上述合金液1的液面与铸型3的成型腔之间的距离h为5~ 30mm。上述冷却器8与铸型3之间的距离为5隱 30mm。为避免合金丝7因摆动而产生波浪形曲折，上述在冷却器8与 铸型3之间设置一个将合金丝7夹持住、避免合金丝7摆动的支承机 构6。为准确控制铸型的加热温度，上述铸型3上装设有检测加热温 度的热电偶4。本发明使用上述连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备的连续铸 造方法，其包括有如下步骤1) 将铸型3加热至1050 ~1100°C;2) 合金液1从铸型3 —端连续供给，合金液1的液面与铸型 3的成型腔之间的距离h根据合金丝的直径保持为5~30隨之间。在 压力作用下，合金液1克服本身的表面张力进入铸型3的成型腔。从 铸型的另一端插入引丝9，使引丝9与合金液粘合后，启动牵引机构 10，以一定的速度将合金液引出。单独提高铸型的加热温度、提高牵 引速度、加大冷却器到铸型的距离，或上述其中两项或三项的组合， 在铸型的成型腔外形成一段悬空的液柱5。设置在铸型3外的冷却器 8对液柱5冷却，使其沿轴向凝固成合金丝7,避免了合金丝7与铸 型3接触而产生裂紋。同时，设置在铸型3与冷却器8之间的支承机 构6将合金丝7夹持住，防止其摆动，避免产生波浪形曲折。上述牵引机构10拉动引丝9的牵引速度为30隱/min 500mm/min。下面为实际操作的几个具体实施例实施例1:本实施例中，含Al 13. 95wt % , Ni 3. 95wt % ，余为Cu的Cu-Al-Ni 合金以240mm/min的速度连铸成直径为0. 7mm的丝。合金液1的液面 与铸型3的成型腔之间的距离h为30mm，铸型温度设定为1100°C， 冷却器距离铸型5mm。金相检验表明为柱状晶组织。合金丝具有超弹 性。铸态下弯曲疲劳断裂次数为16000次，固溶处理后弯曲疲劳断裂 次数为14000次。 实施例2:本实施例中，含Al 13. 22wt%,Ni 3. 95wt。/。，余为Cu的Cu-Al-Ni 合金以108mm/min的速度，连铸成直径为1mm的丝。合金液1的液面 与铸型3的成型腔之间的距离h设定为20mm，铸型温度设定为1075 °C,冷却器距离铸型13隱。合金丝具有形状记忆性能，金相检验表 明为柱状晶组织。经固溶处理后，在4%的固定应变下，循环拉伸、 加热，使其恢复原长度，直至发生疲劳断裂。断裂时最高的拉伸次数 为38560次。加热后的形状恢复率在整个拉伸试验过程均为100%。充分说明用本发明生产的记忆合金丝具有优异的力学性能、记忆性能和疲劳性能。 实施例3:本实施例中，含Al 13. 95wt% ，Ni 3. 95wt% ,余为Cu的Cu-Al-Ni 合金以500mm/min的速度铸造成直径为2mm的丝。合金液1的液面与 铸型3的成型腔之间的距离h设定为5mm,铸型温度设定为1050°C,冷却器距离铸型6腿。铸态下合金丝具有超弹性。金相检验表明为细 晶粒柱状晶组织。铸态下弯曲疲劳断裂次数为2万次。实施例4:本实施例中，含A1 11. 7wt%，Be 0. 6wt。/。，余为Cu的Cu-Al-Be 合金，以270mm/min的速度连铸成直径1. 2mm的丝。合金液1的液面 与铸型3的成型腔之间的距离h设定为15mm，铸型温度设定为1070 。C,冷却器距离铸型8mm。铸态下合金丝显示超弹性。金相检验表明 为排列整齐的柱状晶组织。铸态下弯曲疲劳断裂次数为13万次，延 伸率47%,可恢复应变30%。 实施例5:本实施例中，含A111.5wt。/。， BeO. 5wt%,余为Cu的Cu-Al-Be 合金，以30mm/min的速度连铸成直径1. 5mm的丝，合金液1的液面 与铸型3的成型腔之间的距离设定为8mm,铸型温度设定为1050°C, 冷却器距离铸型30mm。金相检验表明为有3 4个晶粒的柱状晶组织。 铸态下弯曲疲劳断裂次数为16万次，延伸率45%,可恢复应变40 %。
权利要求
1、一种连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备，其特征在于包括有装设在铸型(3)上、将铸型加热到合金的熔点温度以上，以防合金在铸型内凝固的加热器(2)，铸型(3)的一端导入液面比铸型(3)的成型腔高出距离为h的合金液(1)，铸型的另一端插入与从铸型(3)的成型腔流出的液柱(5)粘合、并由牵引机构(10)拉动的引丝(9)，铸型(3)与牵引机构(10)之间设置一个可在其间沿轴向移动、对引丝(9)及其粘合的液柱(5)进行冷却、使液柱(5)沿轴向凝固成合金丝(7)的冷却器(8)，冷却器(8)与铸型(3)之间设置一个将合金丝(7)夹持住、避免合金丝(7)摆动的支承机构(6)。
2、 根据权利要求l所述的连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备，其特征 在于上述铸型(3)上装设有检测加热温度的热电偶(4)。
3、 根据权利要求1所述的连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备，其特征 在于上述合金液(1)的液面与铸型(3)的成型腔之间的距离h为5 30mm。
4、 根据权利要求1所述的连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备，其特征 在于上述冷却器(8)与铸型(3)之间的距离为5mm 30鹏。
5、 一种使用权利要求1所述连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备的连续铸造方法，其特征在于包括有如下步骤1) 将铸型(3)加热至1050 ~1100°C;2) 合金液(1)从铸型(3) —端连续供给，合金液(1)的液面与铸型 (3)的成型腔之间的距离h保持为5~30mm,在压力作用下，合金液(1 )克服本身的表面张力进入铸型U)的成型腔，从铸型的另一端插入引丝(9), 使引丝(9)与合金液粘合后，启动牵引机构(10)，以一定的速度将合金液引出，在铸型的成型腔外形成一段悬空的液柱(5),设置在铸型(3)外的冷却器(8)对液柱(5)冷却，使其沿纵向凝固成合金丝(7),避免了合金丝(7) 与铸型(3)接触而产生裂紋，同时，设置在铸型(3)与冷却器(8)之间的 支承机构(6)将合金丝(7)夹持住，防止其摆动，避免产生波浪形曲折。
6、根据权利要求6所述的连续铸造方法，其特征在于上述牵引机构(IO) 拉动引丝(9)的牵引速度为30mm/min~ 500mm/min。
全文摘要
本发明是一种连续铸造铜基形状记忆合金丝的设备及其方法。本发明的设备包括有装设在铸型上的加热器，铸型的一端导入液面比铸型的成型腔高出距离为h的合金液，铸型的另一端插入与从铸型的成型腔流出的液柱粘合、并由牵引机构拉动的引丝，铸型与牵引机构之间设置一个冷却器。本发明的方法包括如下步骤1)将铸型加热至1050～1100℃；2)合金液从铸型一端进入铸型的成型腔，铸型另一端插入引丝，使引丝与合金液粘合后，启动牵引机构，在铸型的成型腔外形成一段悬空的液柱，设置在铸型外的冷却器对液柱冷却，使其沿纵向凝固成合金丝。本发明的设备能消除表面裂纹和波浪形曲折。本发明的方法操作简单，方便实用。
文档编号B22D11/14GK101219467SQ20081002597
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者黎沃光 申请人:黎沃光