專利名稱：一種提高鎳鈦釩記憶合金超彈性的中溫處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于記憶合金領(lǐng)域，特指一種提高鎳鈦釩記憶合金超彈性的中溫處理工藝。
背景技術(shù)：
近幾年來，NiTi基記憶合金以其優(yōu)良的記憶效應(yīng)、超彈性和良好的機械加工性能而受到廣泛的應(yīng)用。處于超彈性狀態(tài)的NiTi基形狀合金具有好的彈性、比強度、生物兼容性、耐腐蝕、耐摩擦和高阻尼的特性而具有重要的實用價值。目前對記憶合金超彈性的研究主要集中在NiTi上，中溫處理溫度對冷變形NiTi合金試樣的應(yīng)力一應(yīng)變曲線有顯著的影響。隨著中溫處理溫度的升高，應(yīng)力滯后增大，應(yīng)力-應(yīng)變曲線上對應(yīng)的應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相 變的平臺變的越來越明顯。就時效時間來說，當(dāng)NiTi合金在適當(dāng)?shù)臏囟缺匾欢ǖ臅r間時，會在NiTi合金內(nèi)析出一種Ni4Ti3強化相，這種強化相的析出能極大的強化基體。鎳鈦釩記憶合金雖然已經(jīng)批量投入生產(chǎn)，但是縱觀學(xué)術(shù)界，關(guān)于鎳鈦釩記憶合金的超彈性的研究相當(dāng)缺乏，關(guān)于中溫處理對鎳鈦釩超彈性的研究還很少，本發(fā)明旨在通過對鎳鈦釩記憶合金相變和超彈性的研究而指導(dǎo)其在生產(chǎn)方面的應(yīng)用。本發(fā)明提出一種提高鎳鈦釩記憶合金超彈性的中溫處理工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出使鎳鈦釩呈現(xiàn)出完全非線形超彈性的中溫處理工藝，能在生產(chǎn)過程中起指導(dǎo)作用。本發(fā)明提出一種提高鎳鈦釩記憶合金超彈性的中溫處理工藝，其特征為對鎳鈦釩記憶合金(成分范圍為Ni:55. 5 57. 3wt% ； Ti:41. 8 43. 4wt% ；V:0. 57 0. 73wt%。相變點Af=-35°C _5°C)進(jìn)行中溫處理，當(dāng)中溫處理溫度為440°C時，保溫20min可以呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，此時鎳鈦釩記憶合金超彈性達(dá)到最佳范圍。鎳鈦釩絲材分別經(jīng)過410°C、440°C、460°C、490°C中溫處理后，放在WDW — 10微機控制電子式萬能拉伸試驗機上進(jìn)行拉伸試驗，試驗的加載速率為IKN / min，到0. 7KN保持5秒鐘后，以IKN / min的速率卸載，再繼續(xù)以IKN / min的速率加載到0. 7KN保持5秒鐘后，以IKN / min的速率卸載，不斷的進(jìn)行循環(huán)加載卸載，得到不同的拉伸試驗曲線，圖I —圖6所示。通過拉伸力一變形量曲線我們可以看出，當(dāng)試樣在410°C保溫20min時，有一定的殘余變形，不能呈現(xiàn)完全的非線性超彈性。變形時每個晶粒要受到晶界和相鄰不同晶粒的約束。當(dāng)多晶體形狀記憶合金受外力的作用時，晶粒的變形首先發(fā)生在取向有利的晶粒中。由于多晶體中每個晶粒的取向不同，晶粒的開始相變應(yīng)力不相同，彈性極限也不相同。所以在加載過程中，某些晶粒首先達(dá)到一定的應(yīng)力水平，從而發(fā)生塑性變形，卸載時變形量不能完全恢復(fù)，從而產(chǎn)生殘余變形。隨著加熱溫度的提高，當(dāng)試樣在440°C保溫IOmin時，試樣的彈性明顯提高，保溫時間繼續(xù)增加到20min時，曲線表現(xiàn)出完全的非線性超彈性，見圖2。當(dāng)加熱的溫度達(dá)到460°C時，保溫時間20min，從拉伸曲線上可以看出有較大的殘留變形，不能表現(xiàn)出完全的非線性超彈性，見圖3。當(dāng)加熱的溫度升高到490°C，曲線中仍然有很大殘留變形，見圖4。圖5和圖6表明，在上述成分范圍內(nèi)，當(dāng)試樣在440°C保溫20min時，都表現(xiàn)出完全的非線性超彈性。熱一機械處理是提高母相強度獲得完全超彈性的主要手段。在較低的溫度作用下，冷變形引入的位錯在母相中得到強化，應(yīng)力誘發(fā)馬氏體的臨界切應(yīng)力提高，從而改善超彈性的性能。同時，在試樣接受熱處理的時候，可以顯著提高鑄態(tài)組織中的微觀缺陷密度，使組織更加均勻，也會使母相的強度得到增強，彈性增加。可以看出，當(dāng)溫度低于440°C時，拉伸曲線中的殘留變形明顯的減小，而且在440°C保溫20min時表現(xiàn)出完全的非線性超彈性，但是當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，從曲線上可以看出，試樣的殘留變形不斷增大，也就是說彈性在不斷減弱。這是因為當(dāng)溫度升高時，位錯密度下降，母相的強化效應(yīng)減弱，應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的應(yīng)力下降，超彈性效應(yīng)遭到破壞。記憶合金在經(jīng)過一定工藝處理后會呈現(xiàn)出超彈性特性，這是由于在Af點以上加 載、卸載過程種發(fā)生切應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變及逆轉(zhuǎn)變。超彈性的產(chǎn)生有兩個條件一是母相的屈服強度高，以推遲塑性變形；二是使用(變形)溫度在Af (馬氏體逆轉(zhuǎn)變終了溫度)以上，使應(yīng)力誘發(fā)馬氏體卸載后立即發(fā)生逆相變，從上述試驗結(jié)果來看，試樣的溫度以及保溫時間對試樣的超彈性有很大的影響。要使試樣具有穩(wěn)定的超彈性，溫度應(yīng)該在430°C保溫20mino試樣的彈性隨著保溫時間的增長而變強，這是由于鎳鈦釩在保溫過程中析出一種強化相，該相的產(chǎn)生會對基體的強化起一定的作用。當(dāng)保溫時間合適時，這種強化相會比較細(xì)小而彌散，對基體的強化作用很大；但是保溫時間太短時，強化相不能完全析出，對基體的強化力度減弱；在經(jīng)過較長的保溫時間之后強化相的晶粒會長大，對基體的強化作用下降。另一方面，我們知道要使形狀記憶合金獲得良好的超彈性，在冷加工后進(jìn)行中溫處理。在中溫處理后試樣會有一種析出相，該析出相會嚴(yán)重阻礙位錯運動，可以使試樣的超彈性得到改善。我們在對試樣進(jìn)行冷變形引入的位錯在母相中保留，使母相明顯強化，應(yīng)力誘發(fā)馬氏體的臨界切應(yīng)力較高，超彈性性能良好。隨著溫度的升高，位錯的密度下降，母相的強化程度減弱，誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的應(yīng)力下降，直接導(dǎo)致試樣在接受中溫處理后超彈性性能隨之遭到破壞。同時，我們也可以看出試樣在過長的保溫時間同樣導(dǎo)致了超彈性的破環(huán)，這是由于在較高的溫度和較長的保溫時間處理之后，晶粒不斷的增大，同樣使位錯的密度下降，而導(dǎo)致試樣在中溫處理后的彈性變差。


圖I 410°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線，圖2 440°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線，圖3 460°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線，圖4 490°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線，圖5 440°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線(實施例2的成分)，圖6440°C保溫20min的拉伸力-應(yīng)變曲線(實施例3的成分)。由圖I 6可見，在440°C保溫20min時，鎳鈦釩呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，其超彈性達(dá)到最大值。
圖7 410°C保溫20min的掃描電鏡照片，圖8 440°C保溫20min的掃描電鏡照片，圖9 460°C保溫20min的掃描電鏡照片，圖10 490°C保溫20min的掃描電鏡照片。由圖7 10可見，440°C保溫20min時馬氏體數(shù)量增加，交織的程度提高。因而記憶合金的超彈性最好。
具體實施例方式實施例I :
選取成分為Ni :56. 45wt% ；Ti:42. 88t% ；V: 0. 67wt%。，相變點Af=-15 °C的記憶合金絲材，按表I進(jìn)行中溫處理。選用長度為11cm，直徑為I. 19mm的鎳鈦釩記憶合金的試驗絲，采用表I所示的中溫處理工藝。表I中溫處理工藝 _號+IBB度細(xì)咖CaAO 街賄式—
1mm:to空
24101C15空
34101C20空
44101C25空<jMot*in
64401015空
84mn25空
9manio空
104601C15空
11權(quán)11020空
124W01C25空
134901C10空
144雜 1C15空
154 擁1020空
164901025空
經(jīng)過中溫處理的鎳鈦釩記憶合金絲在WDW - 10微機控制電子式萬能拉伸試驗機進(jìn)行拉伸試驗。拉伸試驗得到不同的曲線(圖I 4)，從曲線上可以看出，鎳鈦釩記憶合金的超彈性受中溫處理的影響顯著在440°C的中溫處理溫度下，保溫20min呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，其超彈性達(dá)到最大值(見圖2)。實施例2:
選取成分為，Ni: 55. 5wt% ；Ti : 41. 8t% ；V: 0.57%。相變點Af=-5 °C的記憶合金絲材。經(jīng)過與實施例I相同的中溫處理的鎳鈦釩記憶合金絲，在WDW — 10微機控制電子式萬能拉伸試驗機進(jìn)行拉伸試驗。得到如圖5所示的曲線，從圖5可以看出，鎳鈦釩記憶合金在440°C的中溫處理溫度下，保溫20min呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，其超彈性達(dá)到最大值。實施例3:
選取成分為Ni : 57. 3wt% ；Ti : 43. 4t% ；V: 0. 73%。，相變點Af=-35°C的記憶合金絲材，經(jīng)過與實施例I相同的中溫處理的鎳鈦釩記憶合金絲，在WDW — 10微機控制電子式萬能拉伸試驗機進(jìn)行拉伸試驗。得到如圖6所示的曲線，從圖6可以看出，鎳鈦釩記憶合金在440°C的中溫處理溫度下，保溫20min呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，其超彈性達(dá)到最大值。 將用于顯微組織分析的鎳鈦釩記憶合金在XQ - 2型試樣鑲嵌機上鑲嵌，鑲嵌后的絲在經(jīng)過打磨，拋光后用腐蝕劑(氫氟酸硝酸=1:2. 5)腐蝕。經(jīng)腐蝕后的試樣放在顯微鏡下觀察。由金相組織圖(圖7 10)可以看出，鎳鈦釩記憶合金在中溫處理后存在熱彈性馬氏體，當(dāng)中溫處理溫度過高時(460°C以上)，馬氏體數(shù)量減少，交織的程度降低，母相的強化效應(yīng)減弱，因而超彈性效應(yīng)遭到破壞。
權(quán)利要求
1.ー種提高鎳鈦釩記憶合金超弾性的中溫處理工藝，其特征為對鎳鈦釩記憶合金進(jìn)行中溫?zé)崽幚?，其成分范圍為Ni:55. 5 57. 3wt% ； Ti:41. 8 43. 4wt% ；V:0. 57 O. 73wt%，相變點Af=-35°C -5°C，當(dāng)中溫處理溫度為410 490°C時，保溫20min時，鎳鈦釩記憶合金具有較好的超弾性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所ー種提高鎳鈦釩記憶合金超弾性的中溫處理工藝，當(dāng)中溫處理溫度為440°C時，保溫時間為20min吋，鎳鈦釩形狀記憶合金為完全的非線性超弾性，同時記憶合金超彈性達(dá)到最大值。
全文摘要
一種提高鎳鈦釩記憶合金超彈性的中溫處理工藝，屬于記憶合金領(lǐng)域，其特征為對鎳鈦釩記憶合金，成分范圍為Ni:55.5~57.3wt%；Ti:41.8~43.4wt%；V:0.57~0.73wt%，相變點Af=-35℃~-5℃，進(jìn)行中溫處理，當(dāng)中溫處理溫度為440℃時，保溫20min可以呈現(xiàn)出完全的非線性超彈性，此時鎳鈦釩記憶合金超彈性達(dá)到最佳范圍。
文檔編號C22F1/10GK102732749SQ20121025095
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者劉光磊, 司松海, 張志敏, 李曉薇, 齊克堯 申請人:鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司