铜-锌-铝等离子焊接工艺研究(2)
对于普通金属材料，受到外力作用时，当应力超过屈服强度时，产生塑性变形，应力卸载后，塑性变形永久保留下来，不能恢复材料的初始状态。而对于形状记忆合金，受到外力作用时，先产生弹性变形，继续加载，产生塑性变形，应力卸载后，合金有残余应变，将此材料加热到一定温度，残余应变会降为零，材料恢复初始状态。
1.2 形状记忆合金特性
从材料组织方面讲，形状记忆效应表现为：当一定形状的母相样品由Af以上冷却至Mf以下形成马氏体后，经加热至Af以上，伴随逆相变，材料会自动回复其在母相时的形状。
影响合金形状记忆效果的因素主要有母相有序度、母相品粒度和形变度[ - ]。合金呈现形状记忆效应必须具备如下条件：马氏体相变是热弹性的，母相与马氏体相呈现有序点阵结构，马氏体内部的亚结构是孪晶或层错，相变时在晶体学上具有完全可逆性。形状记忆效应按形状恢复情况可分为单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。
马氏体变形后经逆相变，能回复母相形状，但冷却时不出现低温相形状，称为单程形状记忆效应。双程形状记忆效应的特点是经受力变形加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状。合金中马氏体随温度升降而呈现消长，这就是热弹性马氏体相变。全程形状记忆效应经受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状与高温相同而取向与之相反的现象，是一种特殊的形状记忆效应。这种效应只出现在经特殊处理的富Ni的NiTi合金中。
1.3 CuZnAl合金
1.3.1 铜基记忆合金结构和特点
在已发现的形状记忆材料中铜基合金占的比例最多，它们的一个共同点是母相均为体心立方结构，特称之为β相合金。铜基系形状记忆合金种类比较多，主要包括Cu-Zn-Al及Cu-Zn-Al-X(X=Mn、Ni)，Cu-Al-Ni及Cu-A1-Ni-X(X=Ti、Mn)和Cu-Zn-X(X=Si、Sn、Au)等系列。铜基系合金只有热弹性马氏体相变，比较单纯，在铜基系形状记忆合金中,以Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni合金的性能较好，近年来又发展了Cu-Al-Mn系列。
铜基系合金的形状记忆效应明显低于Ti-Ni合金，形状记忆稳定性差，表现出记忆性能衰退现象。这种衰退可能是由于马氏体转变过程中局部马氏体产生“稳定化”,恢复不了母材的初始状态所致。一般情况下，逆相变加热温度越高、载荷越大，衰退速率越快。要改善铜基系合金的循环特性，提高记忆性能，可采取：加入适量稀土和Ti、Mn、V、B等元素，细化晶粒，提高滑移形变抗力；或采用粉末冶金和快速凝固法，加工成微晶铜基系形状记忆合金。
图1-1 Cu-Zn二元相图
图1-2 Cu-Zn-Al系在Al含量为4%的垂直截面相图
图1-1是Cu-Zn二元相图，图1-2 是Cu-Zn-Al系在Al含量为4%的垂直截面相图从图中可以见到β相有序无序转变发生454℃-468℃，转变温度太低，需加入第三种元素如Al。第三种元素Al可以提高Ms温度，稳定β相[2- ]。由此，使β相铜基合金的形状记忆效果更明显。
1.3.2 CuZnA1合金的焊接性
CuZnAl合金由于它本身的物理特性，导致其焊接性有以下特点：难熔合、极易变形，易出现热裂纹和气孔，接头性能和耐蚀性下降［ - ］。
难熔合和极易变形。铜的导热率比铁大7-11倍，厚度越大，散热越快，越难达到熔化温度，热量的快速散失使母材与填充金属之间难以熔合，产生未熔合和未焊透 。铜在达到熔化温度时，其表面张力比铁的小1/3，流动性比铁大1-1.5倍，焊缝成形难以控制。铜及铜合金的线膨胀系数较大，收缩率约比铁大一倍以上，当无防止变性措施时，焊后变形很大；而当焊接接头受到较大的刚性约束时，又易产生焊接应力。
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