專利名稱：一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高硬度、優(yōu)良耐磨性和耐蝕性的鎳鈦基合金及其制備方法。具體地說，是一種Ni-Ti-Al-V-Ce合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
聞速軸承材料是聞鐵、聞客、風(fēng)電工程、航空、航天等重大技術(shù)裝備的關(guān)鍵材料及零部件，軸承材料應(yīng)具有高抗塑變能力，高硬度，耐磨性，軸承制品要有很好的旋轉(zhuǎn)精度、尺寸精度和穩(wěn)定性，以及長的接觸疲勞壽命和良好的機械加工性能。傳統(tǒng)的軸承材料，如M50、E52100、不銹鋼440C等，由于具有高的硬度、易于制造和良好的摩擦學(xué)性能而廣泛使用，但由于這些材料及其合金存在一些缺點I、軸承鋼多為過共析鋼，有相當(dāng)數(shù)量的碳化物，這些碳化物顆粒大小及分布狀態(tài)，·對軸承的耐磨性及疲勞壽命都有很重要的影響。在應(yīng)用上表現(xiàn)為軸承的穩(wěn)定性較差。2、鐵基合金的耐腐蝕性差，不利于在復(fù)雜環(huán)境中長時間服役，提高了設(shè)備部件更換、維修費用。3、高速運行下，因材料的磁性導(dǎo)致大的偏向力。由于鈦具有低密度、高強度、耐腐蝕、無磁性、工作區(qū)寬、加工成形性好等諸多特點，成為無可替代的新型結(jié)構(gòu)材料和重要的工程機械材料。廣泛應(yīng)用于新能源、航空航天及軍工等領(lǐng)域。作為鐵路機車及軌道交通用高速軸承材料，高硬度抗磨損鈦合金成為一個研發(fā)熱點，其中，美國Glenn Research Center, Cleveland, Ohio報道的NiTi60合金因具有很高的硬度和優(yōu)良耐磨性，而備受關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在NiTi60合金的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低重金屬Ni合金元素的含量，加入一定的Al、V合金元素和微量稀土 Ce，在保持NiTi60合金各項性能的同時還具有高硬度、抗磨損等特性。該鎳鈦基合金的特征在于該合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五種元素組成，按重量百分比為Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5% -2. 5%, Ce 0. 5% -I. 5%, Ti 余量(包括不可避免的雜質(zhì))。本發(fā)明合金成分設(shè)計的主要原則為I、金屬間化合物60NiTi，含有60%的鎳和40%的鈦，具有(B2)CsCl晶體結(jié)構(gòu)，同時含有離子鍵和原子比為3 2的共價鍵，提高了材料的穩(wěn)定性。相對于陶瓷TiC、Ti02，B2型NiTi具有較少的共價鍵，表現(xiàn)為良好的韌性、導(dǎo)電性、化學(xué)反應(yīng)。但相對于金屬鈦合金，Ni與Ti之間的共價鍵具有方向性，結(jié)合力很強，表現(xiàn)為陶瓷一樣的耐磨性。2、稀土元素Ce的添加作用細(xì)化晶粒，提高強度、硬度；強化粘結(jié)相Ni，提高合金的耐磨性；脫O、溶H作用，降低合金的含氫量和針孔率。3、Al、V的添加作用有助于形成第二相顆粒，起到顆粒強化的作用，有效提高合金的硬度。
4、本發(fā)明的目的還在于其經(jīng)濟性。本發(fā)明的耐磨鎳鈦合金，相對于NiTieo合金，一方面，用低價的Al、V代替了部分Ni元素，使合金材料的制備成本降低。本發(fā)明涉及的合金制備方法，包括以下步驟I、采用真空感應(yīng)熔煉方法獲得成分均勻的Ni-Ti-Al-V-Ce合金。2、熔煉獲得Ni-Ti-Al-V-Ce合金鑄錠，在800°C 1000°C溫度范圍進(jìn)行熱加工處理。3、經(jīng)上述處理的Ni-Ti-Al-V-Ce合金，進(jìn)行固溶時效處理，獲得各種規(guī)格棒材。步驟I中，稀土元素Ce以粉末形式加入，Al、V以中間合金形式加入。步驟I中，首先將海綿鈦、電解鎳、鋁釩合金、Ce粉按一定比例均勻配置成合金料， 合金料經(jīng)壓制、焊接成電極桿，再經(jīng)真空感應(yīng)熔煉成鑄錠。步驟2中，所述熱加工處理包括鍛造、軋制，其變形量為60% 90% ;開坯鍛造溫度 900 0C -IOOO0C ;軋制溫度 800 0C -900。。。步驟3中，所述固溶時效處理，其固溶溫度800°C _900°C，保溫時間O. 5-1小時，采用水淬或空冷；時效處理在加熱溫度300°C _450°C下進(jìn)行，保溫時間4-12小時，空冷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點I、該發(fā)明合金經(jīng)過適當(dāng)加工處理后，硬度高、特有的自潤滑效應(yīng)，耐磨性好，使其成為獨特的軸承材料。2、該發(fā)明合金的密度為6. 7g/cm3，相對傳統(tǒng)軸承鋼具有更高的比強度、比剛度。3、該發(fā)明合金，具有優(yōu)良的耐腐蝕性，適用于酸、堿等腐蝕較強的環(huán)境。4、稀土元素的加入，使合金的組織更加均勻、細(xì)化，材料表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性能。5、該發(fā)明合金無磁性，高速運行不產(chǎn)生離心力。6、該發(fā)明合金由于低價元素的加入，使合金的成本大大降低，具有很高的性價比。
具體實施例方式一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法，其特征在于該合金主要由Ti、Ni、Al、V、Ce五種元素組成，按重量百分比為Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5% -2. 5%, Ce
0.5% -1.5%, Ti :余量(包括不可避免的雜質(zhì))。其中雜質(zhì)元素總含量< O. 10%，并且碳^0.015%,K O. 005%,氫彡O. 001 %，氧彡O. 03%。采用海綿鈦、電解鎳、99. 9%的Ce粉為原料，通過壓制、焊接制備合金成分均勻分布電極桿，經(jīng)感應(yīng)熔煉爐熔煉成鑄錠。然后經(jīng)鍛造、軋制、熱處理等加工工序制造出本發(fā)明的合金。開坯鍛造在加熱溫度900°C -IOOO0C下進(jìn)行；軋制加熱溫度在800°C _900°C下進(jìn)行。固溶溫度800°C _900°C，保溫時間O. 5-1小時，采用水淬或空冷；時效處理在加熱溫度300°C _450°C下進(jìn)行，保溫時間4-12小時，空冷。本發(fā)明的鈦合金的應(yīng)用可以是板、棒、絲、管，以及這些材料的機加制品。實施例I :采用I級海綿鈦、電解鎳、AlV合金顆粒和Ce粉為原料，按表I名義成分配制三種成分的合金料。表I合金的成分配比
權(quán)利要求
1.一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法，其特征在于該合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五種元素組成，按重量百分比為Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5 % -2. 5 %。Ce 0.5% -1.5%, Ti :余量(包括不可避免的雜質(zhì))。其中雜質(zhì)元素總含量< O. 10%，并且碳(O. 015%，氮彡 O. 005%，氫彡 O. 001%，氧彡 O. 03%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法，其特征在于該合金的硬度(586 ^ Hv ^ 608)，并且耐磨、無磁、耐蝕、比強度高。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法，其特征在于其合金元素中，鋁元素、釩元素以鋁釩合金形式加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法，開坯鍛造溫度9000C -1000°C;軋制溫度800°C _900°C，固溶處理溫度800°C _900°C，保溫時間O. 5-1小時，水淬；時效處理在加熱溫度300°C _450°C下進(jìn)行，保溫時間4-12小時，空冷。
全文摘要
本發(fā)明為一種耐磨鎳鈦基合金及其制備方法。本發(fā)明涉及一種具有高硬度、低密度、無磁性、優(yōu)良耐磨性和耐蝕性的鎳鈦基合金的組分構(gòu)成及其制備方法。該鎳鈦基合金的特征在于該合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五種元素組成，按重量百分比為Ni57％-63％、V2％-4％、Al0.5％-2.5％、Ce0.5％-1.5％、Ti余量。該合金制備方法的特征是采用海綿鈦、電解鎳、99.9％的Ce粉為原料，經(jīng)感應(yīng)熔煉爐熔煉成鑄錠。經(jīng)鍛造、軋制、熱處理等加工工序制造出本發(fā)明的合金。固溶時效態(tài)該合金硬度Hv＝580～620。
文檔編號C22C1/03GK102888535SQ201110205940
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者林海峰, 曹繼敏, 楊華斌, 毛江虹, 羅斌莉, 楊宏進(jìn), 薛颯, 牛中杰 申請人:西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司