形状记忆合金被越来越多地应用在工业领域,但成本更低的Cu-Al系形状记忆合金则由于其晶粒间的各向异性较为明显,限制了其工业上的应用。在紧固件领域形状记忆合金也被使用,运用其形状记忆特性用于连接板材或管材。通过定向凝固工艺制备出的具有柱状晶结构的Cu-Al系合金能够使得晶粒间的各向异性所带来的负面影响降低,获得更好的力学性能和形状及性能。本文是根据课题组近年开展的装备预研领域基金“形状记忆合金紧固件连接技术”项目(项目编号:61409230506)研究的部分工作。本文的研究对象为Cu-Al-Be形状记忆合金,确定该合金的马氏体相变温度与Be含量的规律。设计并制造用于制备大直径的具有柱状晶结构的Cu-Al-Be合金棒料。由于采用该材料作为紧固件时需要对棒料进行缩径,棒料的柱状晶组织为轴向,缩径的过程中载荷方向与柱状晶晶粒生长方向相互垂直。因此需要研究该材料的室温下柱状晶横向压缩性能。主要内容包括如下几个方面:1、通过分析相图,理论计算和实验制备Cu-Al-Be合金,采用差示扫描量热仪分析合金相变温度。2、设计并制造满足实验条件的下引式热型连铸设备。3、通过采用万能试验机、光学显微成像系统、扫描电镜、电子背散射衍射仪和X射线衍射仪等对该合金的室温下压缩性能进行检测和对其微观组织进行了表征观察及相组成测定。检测结果和分析表明:1、课题工况所需的合金成分为Al占11.79 wt%,Be占0.52 wt%,该合金的马氏体相变温度为-59°C,奥氏体相变温度为-53°C。2、通过下引式热型连铸设备制备出直径为8 mm和12 mm的柱状晶Cu-Al-Be合金棒料,其中牵引速度为17～30 mm/min,冷却距离为10～15%,铸型出口温度1017～1090°C。3、具有柱状晶组织的Cu-Al-Be合金的压缩力学性能会有所提高。当载荷方向与柱状晶生长方向相互平行时,在断裂前该材料能够承受约15%的变形量,而当载荷方向与柱状晶生长方向相互垂直时,断裂前该材料能承受约40%的变形量。4、该成分的Cu-Al-Be形状记忆合金在加载量为4%时,会发生约50%马氏体相变,其产物是HCP结构的γ′马氏体,卸载后材料的残余应变将会消除。当加载量为16%时,会发生约96%的马氏体相变,卸载后对材料进行加热能够消除部分可恢复残余变形,但依然会存在约3%的永久残余变形。5、该材料理论上能够用于紧固件中,通过加载对该合金棒料进行缩径,放入孔中,在对合金加热,可以实现杆件尺寸的部分恢复,从而实现干涉连接,达到紧固的应用效果。