本發(fā)明為一種鈦鎳合金真空中頻感應(yīng)熔煉金屬凈化提純方法。

背景技術(shù)：

鎳鈦合金是由鎳和鈦組成二元合金，由于受到溫度和機(jī)械壓力的改變而存在兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)相，即奧氏體相和馬氏體相。鎳鈦合金冷卻時(shí)的相變順序?yàn)槟赶啵▕W氏體相）-R相-馬氏體相。R相是菱方形，奧氏體是溫度較高（大于同樣地：即奧氏體開始的溫度）的時(shí)候，或者去處載荷（外力去除Deactivation）時(shí)的狀態(tài)，立方體，堅(jiān)硬。形狀比較穩(wěn)定。而馬氏體相是溫度相對較低（小于Mf：即馬氏體結(jié)束的溫度）或者加載（受到外力活化）時(shí)的狀態(tài)，六邊形，具有延展性，反復(fù)性，不太穩(wěn)定，較易變形。

鎳鈦合金的特殊性能：1、形狀記憶特性（shape memory）形狀記憶是當(dāng)一定形狀的母相由Af溫度以上冷卻到Mf溫度以下形成馬氏體后，將馬氏體在Mf以下溫度形變，經(jīng)加熱至Af溫度以下，伴隨逆相變，材料會(huì)自動(dòng)恢復(fù)其在母相時(shí)的形狀。實(shí)際上形狀記憶效應(yīng)是鎳鈦合金的一個(gè)由熱誘發(fā)的相變過程。2、超彈性（superelastic）所謂的超彈性是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于起彈性極限應(yīng)變量的應(yīng)變，在卸載時(shí)應(yīng)變可自動(dòng)恢復(fù)的現(xiàn)象。即在母相狀態(tài)下，由于外加應(yīng)力的作用，導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變發(fā)生，從而合金表現(xiàn)出不同于普通材料的力學(xué)行為，它的彈性極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通材料，并且不再遵守虎克定律。和形狀記憶特性相比，超彈性沒有熱參與?？偠灾?，超彈性是指在一定形變范圍內(nèi)應(yīng)力不隨應(yīng)變的增大而增大，可將超彈性分為線性超彈性和非線性超彈性兩類。前者的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)力與應(yīng)變接近線性關(guān)系。非線性超彈性是指在Af以上一定溫度區(qū)間內(nèi)加載和卸載過程中分別發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變及其逆相變的結(jié)果，因此非線性超彈性也稱相變偽彈性。鎳鈦合金的相變偽彈性可達(dá)8%左右。鎳鈦合金的超彈性可隨著熱處理的條件的變化而改變，當(dāng)弓絲被加熱到400℃以上時(shí)，超彈性開始下降。

本發(fā)明通過加熱保溫，在金屬表面滲入一層硼元素，在工件表面形成的硼化物硬度非常高，可達(dá)1800～2300HV，硼化物層具有良好的穩(wěn)定性，不僅對一些介質(zhì)有抗蝕性，還有較好的抗氧化性和紅硬性。液體滲硼由于所用坩堝使用壽命短、工件表面粘鹽、不易清理及質(zhì)量較難控制等問題，應(yīng)用較少。氣體滲硼和離子滲硼因采用的BCl3、B2H6介質(zhì)，有價(jià)格高、劇毒、易爆等問題，也未能用于生產(chǎn)，適用于鈦鎳合金真空中頻感應(yīng)熔煉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明鈦鎳合金真空中頻感應(yīng)熔煉金屬凈化提純方法是當(dāng)?shù)脊矟B溫度從540℃升高到580℃時(shí)，試樣的磨損量從0.0120g降為0.0038g。氮碳共滲溫度較低時(shí)形成的滲層厚度較薄，抵抗對磨材料GCr15鋼球剝落的能力較弱，磨損量比較嚴(yán)重；而氮碳共滲溫度在580～620℃范圍內(nèi)，試樣磨損量趨于平穩(wěn)。反映了形成一定厚度的氮碳共滲層能使試樣表面耐磨性趨于穩(wěn)定，此時(shí)與對磨材料GCr15鋼球接觸時(shí)，化合物層抗磨損的能力變強(qiáng)，磨損量較少。從摩擦磨損試驗(yàn)質(zhì)量損失的結(jié)果不難得出結(jié)論，與不經(jīng)處理的原始試樣質(zhì)量損失0.0476g相比，經(jīng)過QPQ處理后試樣的質(zhì)量損失明顯減少，這表明試樣的氮碳共滲層很硬且耐磨，很好地保護(hù)了基體。試樣在摩擦磨損試驗(yàn)后磨痕深度隨氮碳共滲溫度的變化?？梢钥闯?，磨痕深度隨著氮碳共滲溫度升高而下降。QPQ處理后金屬表面的硬度比基體大幅提高，然而還得考慮到化合物的深度和承受能力。當(dāng)?shù)脊矟B溫度在540℃時(shí)，磨痕的深度較深，為36.312μm。其原因是在540℃氮碳共滲溫度下形成的滲層厚度比較簿，在對磨試驗(yàn)過程中，部分滲層已經(jīng)被磨穿，剝落并且磨損基體組織。當(dāng)?shù)脊矟B溫度升高到620℃時(shí)，磨痕的深度僅為7.593μm，說明形成一定厚度的氮碳共滲層能顯著提高45鋼的耐磨性。

發(fā)明鈦鎳合金真空中頻感應(yīng)熔煉金屬凈化提純方法是在生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累基礎(chǔ)上，對氧含量、冷加工率及熱處理制度等對TA1 鈦板材力學(xué)性能和組織的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，氧含量對純鈦板材性能有明顯的影響，板材氧含量在0.07%～0.10% 范圍內(nèi)，TA1鈦板材可滿足航空要求；冷加工率及熱處理制度對純鈦板材的組織和性能均具有重要影響，當(dāng)冷加工率在30%～50%范圍時(shí)，經(jīng)(550～650)℃×(0.5～2)h( 爐冷) 處理后的TA1 鈦板材，其性能和組織能達(dá)到航空板材的要求。鈦及鈦合金的比強(qiáng)度高、耐熱性好、具有良好的抗腐蝕性能，已成為工業(yè)上最重要的金屬之一，廣泛用于國民工業(yè)中。而工業(yè)純鈦因其成本低，易于生產(chǎn)，是應(yīng)用最為廣泛的鈦及鈦合金材料。工業(yè)純鈦板具有性能優(yōu)異，并且易于熔焊和釬焊等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已大量用于制造飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)零件，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的內(nèi)蒙皮、波紋板、防火墻等。

發(fā)明鈦鎳合金真空中頻感應(yīng)熔煉金屬凈化提純方法是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是航天、航空、電子、機(jī)械以及化工領(lǐng)域的發(fā)展，對材料提出了更高要求，單一材料的性能已無法滿足生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求。Ti具有耐磨耐蝕性好、比強(qiáng)度高、密度小等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于航空航天、化工、石油等行業(yè)；Cu具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、延展性，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。把Ti、Cu異相金屬相互復(fù)合制備出Ti/Cu復(fù)合材料，使其兼具Ti、Cu各自性能的優(yōu)點(diǎn)，對材料性能的最大化利用及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展具有極大的意義。爆炸復(fù)合法因具有工藝簡單、生產(chǎn)靈活，適合任何異種金屬間的結(jié)合而被廣泛用于Ti/Cu、Ti/鋼、Cu/Al等復(fù)合材料的生產(chǎn)。但爆炸復(fù)合法存在著操作條件差、生產(chǎn)成本高、對環(huán)境污染大等不足。真空熱壓擴(kuò)散焊接由于焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、密封性和耐腐蝕性都能滿足重要構(gòu)件的技術(shù)要求，越來越多的用于異種金屬的焊接。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：根據(jù)Gleeble-1500D熱模擬機(jī)試驗(yàn)得出的EQ47 鋼在600～1350℃測出的高溫塑性曲線，得出鋼的第Ⅰ脆性區(qū)間為1270～1350℃，第Ⅲ脆性區(qū)間為600～950℃。通過對斷口形貌的掃描電鏡能譜分析，得出Mn、Cr對EQ47鋼的高溫塑性有嚴(yán)重影響。EQ47 鋼在某鋼廠的連鑄生產(chǎn)中，出現(xiàn)裂紋占總?cè)毕莸囊话胍陨?，連鑄坯裂紋的產(chǎn)生給產(chǎn)品的后續(xù)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響。而導(dǎo)致鑄坯裂紋的內(nèi)在因素是連鑄坯的高溫力學(xué)性能。有研究者指出，Mn容易導(dǎo)致形成鐵素體膜，降低鋼的塑性，Cr元素析出的化合物是硬而脆的化合物，這會(huì)加劇鋼的脆性而影響鋼的高溫塑性。為優(yōu)化EQ47鋼的連鑄坯的生產(chǎn)工藝，對EQ47鋼的高溫力學(xué)性能(高溫塑性) 以及Cr、Mn對高溫塑性的影響進(jìn)行了研究，為后續(xù)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

實(shí)施例2：第Ⅲ脆性區(qū)(≤950℃) 的試樣塑性隨著溫度的下降，塑性明顯下降，其端口形貌由750℃的試樣可知，都有沿晶斷裂，鋼的塑性差。在第Ⅲ脆性區(qū)，會(huì)存在奧氏體單項(xiàng)、鐵素體單項(xiàng)、奧氏體鐵素體兩相區(qū)的三相區(qū)，在此溫度區(qū)間的拉伸過程中，由于鐵素體的強(qiáng)度只是奧氏體的1/4，會(huì)產(chǎn)生鐵素體空洞，再則，在升溫過程中，會(huì)產(chǎn)生晶界滑移，導(dǎo)致發(fā)生裂紋的趨勢增加，所以在750℃的試樣可知，都有沿晶斷裂。在1270～1350℃的溫度區(qū)間內(nèi)，也有可能析出(FeMnCr)23C6，這種化合物在此溫度范圍內(nèi)會(huì)削減晶粒間的結(jié)合力，會(huì)使晶粒間出現(xiàn)空隙而導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生，這導(dǎo)致沿晶斷裂和高溫塑性的降低。在試驗(yàn)溫度提高的過程中，Cr、Mo碳化物形成元素會(huì)由固溶態(tài)向化合物形態(tài)轉(zhuǎn)變，這樣會(huì)使得鋼和碳化物的中化學(xué)位趨于平衡，從而引起碳化物的Ostwald 熟化，從而降低鋼的強(qiáng)度。