專利名稱：：一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種TiNi合金多功能一體化的熱處理方法。
背景技術：
：TiNi合金具有獨特的形狀記憶特性與超彈性行為以及優(yōu)異的阻尼行為，用TiNi合金制成的連接件、緊固件和減振元件在航天航空等多種結構中有著廣泛應用，其應用可有效簡化結構、減輕重量、提高使用性能和安全可靠性。目前我國已用于航天航空結構中的TiNi合金構件主要利用了TiNi合金的某一個單一功能，記憶效應或超彈性等。隨著研究的深入和應用的推廣，航天結構中的均載連接和高阻尼減振等要求TiNi合金兼具有多種功能，只具有單一功能的TiNi合金己不能滿足航空航天結構對智能材料的迫切需求。為實現上述目的，要求TiNi合金構件兼具有大的恒彈力應變、高的平臺應力和高阻尼特性以及高應變恢復特性等多種功能。但是現有TiNi合金的熱處理方法僅能滿足TiNi合金優(yōu)異的非線性超彈性、高阻尼特性和高應變恢復特性等多種功能中的一項或者兩項，熱處理后的TiNi合金性能單一，因此TiNi合金的多功能化熱處理工藝技術亟待解決。
發(fā)明內容本發(fā)明為了解決現有熱處理方法處理的TiNi合金性能單一，而提供了一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法。本發(fā)明TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法按以下步驟進行一、將TiNi合金放入深冷設備中進行深冷處理，控制深冷溫度為515。C，冷變形量為15%25%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設備中進行中溫退火，在400500。C的條件下保溫0.51.5h;三、TiNi合金退火后放入時效爐中進行約束時效處理，控制約束應力為180220MPa，在450~550°C的條件下時效0.5~1.5h;即實現了TiNi合金的多功能一體化。本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法先通過適當的深冷變形處理，在基體中引入適量位錯；在隨后的中溫退火過程中，發(fā)生位錯重排以及熱馬氏體相變，形成了平直清晰的馬氏體界面組態(tài)同時位錯重排形成規(guī)則位錯組態(tài)；再通過約束時效在基體上形成細小、彌散、取向分布的Ti3Ni4沉淀相。本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法使得TiNi合金兼具有可動性好的共格馬氏體界面，規(guī)則位錯組態(tài)，以及細小且彌散分布Ti3NU相的微觀組織結構，從而具有了優(yōu)異的形狀記憶性能、超彈性性能和阻尼特性。本發(fā)明處理后的TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?0W以上，恢復應力為500MPa以上，恒彈力應變?yōu)?0%以上，上平臺應力為500MPa以上，SDC為300/。以上，本發(fā)明的復合熱處理方法使得處理后的TiNi合金同時具有良好形狀記憶效應、超彈性性能和阻尼特性。與現有的熱處理方法處理后的TiNi合金相比較，本發(fā)明處理的TiNi合金綜合性能好，具有良好的多功能一體化的特點。圖l表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復應變柱形圖，其中橫坐標上l表示第一種TiNi合金的最大可恢復應變柱形圖、2表示第二種TiNi合金的最大可恢復應變柱形圖、3表示第三種TiNi合金的最大可恢復應變柱形圖、4表示第四種TiNi合金的最大可恢復應變柱形圖2表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恢復力柱形圖，其中橫坐標上l表示第一種TiNi合金的恢復力柱形圖、2表示第二種TiNi合金的恢復力柱形圖、3表示第三種TiNi合金的恢復力柱形圖、4表示第四種TiNi合金的恢復力柱形圖3表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恒彈力應變柱形圖，其中橫坐標上l表示第一種TiNi合金的恒彈力應變柱形圖、2表示第二種TiNi合金的恒彈力應變柱形圖、3表示第三種TiNi合金的恒彈力應變柱形圖、4表示第四種TiM合金的恒彈力應變柱形圖；圖4表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的上平臺應力柱形圖，其中橫坐標上l表示第一種TiNi合金的上平臺應力柱形圖、2表示第二種TiNi合金的上平臺應力柱形圖、3表示第三種TiNi合金的上平臺應力柱形圖、4表示第四種TiNi合金的上平臺應力柱形圖5表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的SDC柱形圖，其中橫坐標上l表示第一種TiNi合金的SDC柱形圖、2表示第二種TiNi合金的SDC柱形圖、3表示第三種TiNi合金的SDC柱形圖、4表示第四種TiNi合金的SDC柱形圖。具體實施例方式具體實施方式一本實施方式TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法按以下步驟進行一、將TiNi合金放入深冷設備中進行深冷處理，控制深冷溫度為515。C，冷變形量為15%25%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設備中進行中溫退火，在400500"C的條件下保溫0.51.5h;三、TiNi合金退火后放入時效爐中進行約束時效處理，控制約束應力為180220MPa，在45055(TC的條件下時效0.51.5h;即實現了TiNi合金的多功能一體化。本實施方式采用的TiNi合金的型號是TAI-TAIO。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中溫度為713"C，冷變形量為18%~22%。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式三本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟一中溫度為1(TC，冷變形量為20%。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式四本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟二中在43047(TC的條件下保溫0.71.2h。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟二中在45(TC的條件下保溫lh。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式六本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟三中約束應力為190210MPa，在470520。C的條件下時效0.7~1.2h。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式七本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟三中約束應力為200MPa，在45(TC的條件下時效lh。其它步驟及參數與具體實施方式一相同。第一種TiNi合金采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法如下一、將TiNi合金放入深冷設備中進行深冷處理，控制深冷溫度為l(TC，冷變形量為20%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設備中進行中溫退火，在45(TC的條件下保溫lh;三、TiNi合金退火后放入時效爐中進行約束時效處理，控制約束應力為200MPa，在50(TC的條件下時效lh;即得到了第一種合金；第二種TiNi合金采用中溫退火處理方法如下將合金(型號為TA1-TA10)置于在850°C條件下保溫lh，即得到第二種TiNi合金；第三種TiNi合金采用深冷處理方法如下將TiNi合金(型號為TA1-TA10)放入處理溫度為5°C，冷變形量為25%的深冷設備中進行深冷處理，即得到第三種TiNi合金；第四種TiNi合金的采用時效處理方法如下將TiNi合金(型號為TA1-TA10)放入時效爐中在500°C條件下時效lh，即得到第四種TiNi合金。這四種TiNi合金的結果如圖1、2、3、4和5所示，從圖1、2、3、4和5中橫坐標上2(第二種TiNi合金)對應的柱形圖可以看出，采用中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?7M、恢復應力為370MPa、恒彈力應變?yōu)?7%、上平臺應力為420MPa、SDC為21%，經中溫退火方法處理的TiNi合金具有較好的形狀記憶效應，表現為具有較高的可恢復應變，但由于基體較軟，難于獲得高的恢復力，同時超彈性性能以及阻尼特性均很差；從圖l、2、3、4和5中橫坐標上3(第三種TiNi合金)對應的柱形圖可以看出，采用深冷處理方法得到的第三種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?2%、恢復應力為520MPa、恒彈力應變?yōu)?2%、上平臺應力為430MPa、SDC為35%，向深冷處理方法處理的TiNi合金中引入了大量位錯，并使TiNi合金的結構具有了規(guī)則組態(tài)，因此具有良好的阻尼特性，但其可恢復應變和超彈性性能均極差；從圖l、2、3、4和5中橫坐標上4(第四種TiNi合金)對應的柱形圖可以看出，采用時效處理方法得到的第四種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?5%、恢復應力為540MPa、恒彈力應變?yōu)?4%、上平臺應力為480MPa、SDC為27%，經時效處理方法處理的TiNi合金基體上具有細小彌散第二相，時效處理方法有第二相強化作用，使得TiNi合金基體具有較高強度，因而具有良好的超彈性性能和高的恢復力，但其阻尼特性和可恢復應變較低；從圖1、2、3、4和5中橫坐標上1(第一種TiNi合金)對應的柱形圖可以看出，經本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?2%、恢復應力為530MPa、恒彈力應變?yōu)?1%、上平臺應力為510MPa、SDC為31%，本發(fā)明的復合熱處理方法處理后的TiNi合金，本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法使TiNi合金的構造具有穩(wěn)定的可動性好的共格馬氏體界面，Ti3Ni4相細小且彌散分布的微觀組織結構，從而具有了優(yōu)異的形狀記憶性能、超彈性性能和阻尼特性。采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金與中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的各項性能進行比較，比較結果如表l所示。從表l中數據可以看出，第一種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?2%，第二種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?7。/。，第三種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?2%，第四種TiNi合金的最大可恢復應變?yōu)?5。/。，本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的最大可恢復應變僅次于中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的最大可恢復應變，但是中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的恢復應力、恒彈力應變、上平臺應力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiM合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的恢復應力為530MPa，第二種TiNi合金的恢復應力為370MPa，第三種TiNi合金的恢復應力為520MPa，第四種TiNi合金的恢復應力為540MPa，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的恢復應力僅次于時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恢復應力，但是時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復應變、上平臺應力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的恒彈力應變?yōu)?1M，第二種TiNi合金的恒彈力應變?yōu)?7。/。，第三種TiNi合金的恒彈力應變?yōu)?2。/。，第四種TiNi合金的恒彈力應變?yōu)?4。/。，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的恒彈力應變僅次于時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恒彈力應變，但是時效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復應變、上平臺應力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的上平臺應力為510MPa，第二種TiNi合金的上平臺應力為420MPa，第三種TiNi合金的上平臺應力為520MPa，第四種TiNi合金的上平臺應力為480MPa，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的上平臺應力僅次于時效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的上平臺應力，但是時效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的最大可恢復應變、恢復應力和恒彈力應變均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的SDC為31。/。，第二種TiNi合金的SDC為21。/。，第三種TiNi合金的SDC為35%，第四種TiNi合金的SDC為27。/。，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的SDC僅次于時效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的SDC，但是時效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的最大可恢復應變、恢復應力和恒彈力應變均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；綜上所述，采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法得到的第一種TiNi合金同時具有較高的最大可恢復應變、較大的恢復應力、較高的恒彈力應變、較大的上平臺應力和較高的SDC，采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復合熱處理的TiNi合金具有良好的多功能一體化的特點。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1、一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法按以下步驟進行一、將TiNi合金放入深冷設備中進行深冷處理，控制深冷溫度為5～15℃，冷變形量為15％～25％；二、深冷處理后的TiNi合金進行中溫退火，在400～500℃的條件下保溫0.5～1.5h；三、TiNi合金退火后放入時效爐中進行約束時效處理，控制約束應力為180～220MPa，在450～550℃的條件下時效0.5～1.5h；即實現了TiNi合金的多功能一體化。2、根據權利要求1所述的一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟一中深冷溫度為713"C，冷變形量為18%~22%。3、根據權利要求1或2所述的一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟一中深冷溫度為10°C，冷變形量為20%。4、根據權利要求3所述的一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟二中在430470。C的條件下保溫0.71.2h。5、根據權利要求4所述的一種fiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟二中在45(TC的條件下保溫lh。6、根據權利要求5所述的一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟三中約束應力為190210MPa，在470520"C的條件下時效0.71.2h。7、根據權利要求6所述的一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，其特征在于步驟三中約束應力為200MPa，在45(TC的條件下時效lh。全文摘要一種TiNi合金多功能一體化的復合熱處理方法，它涉及一種TiNi合金多功能一體化的熱處理方法。本發(fā)明解決了現有熱處理方法處理的TiNi合金性能單一的問題。本發(fā)明的方法按以下步驟進行一、深冷處理；二、中溫退火；三、約束時效處理；即實現了TiNi合金的多功能一體化。本發(fā)明的復合熱處理方法處理后的TiNi合金，同時具有良好的形狀記憶效應、良好的超彈性性能以及優(yōu)異的阻尼行為，本發(fā)明的復合熱處理方法使得TiNi合金具有良好的多功能一體化性能。文檔編號C22F1/16GK101413094SQ20081020962公開日2009年4月22日申請日期2008年12月5日優(yōu)先權日2008年12月5日發(fā)明者冶吳,偉蔡,隋解和,高智勇申請人:哈爾濱工業(yè)大學