镍‑钛合金的热机械处理制造技术

本申请涉及镍‑钛合金的热机械处理，并公开了用于生产镍‑钛轧制产品的方法。镍‑钛合金工件在低于500℃温度下被冷加工。冷加工的镍‑钛合金工件被热等静压压制(HIP'ed)。

The thermo mechanical treatment of nickel titanium alloy

The invention relates to a thermal mechanical processing nickel titanium alloy, and discloses a method for producing nickel titanium mill products. Nickel titanium alloy workpiece below 500 DEG C temperature by cold processing. Nickel titanium alloy workpiece cold processing by hot isostatic pressing (HIP'ed).

【技术实现步骤摘要】
镍-钛合金的热机械处理本申请是申请日为2014年2月27日，申请号为201480002459.3，专利技术名称为“镍-钛合金的热机械处理”的申请的分案申请。
本说明书中涉及用于生产镍-钛合金轧制产品的方法以及通过本说明书中所描述的方法制得的轧制产品。
技术介绍
等原子的和近等原子的镍-钛合金具有“形状记忆”和“超弹性”二者的属性。更具体地，已知当通常被称为“镍钛诺(Nitinol)”合金的这些合金冷却至低于该合金的马氏体开始温度(martensitestarttemperature)(“Ms”)时，这些合金经历从母相(通常称为奥氏体相(austenitephase))到至少一个马氏体相(martensitephase)的马氏体相变(martensitictransformation)。当冷却至该合金的马氏体结束温度(martensitefinishtemperature)(“Mf”)时完成该相变。此外，当材料被加热到高于其奥氏体结束温度(austenitefinishtemperature)(“Af”)的温度时，该相变是可逆的。这种可逆的马氏体相变产生了合金的形状记忆属性。例如，镍-钛形状记忆合金可被制成仍在奥氏体相中的第一形状(即，在高于合金的Af的温度)，随后被冷却至低于Mf的温度并变形为第二形状。只要材料保持低于该合金的奥氏体开始温度(austenitestarttemperature)(“As”)(即，开始转变成奥氏体时的温度)，该合金将保持所述第二形状。然而，如果形状记忆合金被加热到高于Af的温度，则该合金将恢复到所述第一形状,如果没有被物理约束或当被约束可以施加应力至另一制品上时。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体热诱导转变(thermally-inducedtransition)，并因此称为术语“形状记忆”。在奥氏体相和马氏体相之间的相变还产生了形状记忆镍-钛合金的“拟弹性”或“超弹性”属性。当形状记忆镍-钛合金在高于该合金的Af温度但在低于所谓的马氏体变形温度(martensitedeformationtemperature)(“Md”)的温度下产生应变时，该合金可经历从奥氏体相到马氏体相的应力诱导相变。因此所述Md被定义成大于该马氏体不能被应力诱导时的温度的温度。当在Af和Md之间的温度下将应力施加于镍-钛合金时，在小的弹性变形之后，该合金通过从奥氏体至马氏体的相变而屈服于所施加的应力。这种相变，结合马氏体相在所施加的应力下通过由孪晶界(twinnedboundary)的移动变形而不产生位错(dislocation)的能力，允许镍-钛合金通过无塑性(即永久)变形的弹性变形来吸收大量的应变能。当应变被去除时，该合金能够恢复回到其非应变的状态，并因此称为术语“拟弹性”。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体应力诱导转变(stress-inducedtransition)，并因此称为术语“超弹性”。因此，超弹性镍-钛合金宏观上似乎相对于其他合金是非常有弹性的。当针对镍-钛合金使用时术语“拟弹性”和“超弹性”是同义的，并且术语“超弹性”用在本说明书中。形状记忆和超弹性镍-钛合金的独特性能的产生商业用途的能力部分地取决于在这些相变发生时的温度，即，该合金的As、Af、Ms、Mf和Md。例如，在诸如血管支架、血管过滤器和其他医疗设备的应用中，通常重要的是镍-钛合金在体温范围内(即，Af≤～37℃≤Md)呈现超弹性的特性。已经观察到，镍-钛合金的转变温度高度依赖于组成。例如，已经观察到，镍-钛合金的转变温度对于该合金组成中的1原子百分比变化而言可以变化超过100K。另外，镍-钛合金的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为是疲劳关键的。疲劳是指当材料经受循环加载时发生的渐进的和局部的结构损坏。重复的加载和卸载导致微裂纹(microscopiccrack)的形成，当在远低于材料的屈服强度或弹性极限的应力水平下对材料进一步实施循环加载时，所述微裂纹的尺寸可能增大。疲劳裂纹最终可能会达到临界尺寸，从而导致经受循环加载的材料的突然失效。已经观察疲劳裂纹容易在镍-钛合金中的非金属夹杂物(inclusion)和其他第二相处引发。因此，镍-钛合金的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为是夹杂物和第二相关键的。
技术实现思路
在一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在低于500℃的温度下冷加工镍-钛合金工件，以及热等静压压制(HIP'ing)所述冷加工的镍-钛合金工件。在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于或等于500℃的温度下热加工镍-钛合金工件，然后在低于500℃的温度下冷加工所述热加工的镍-钛合金工件。所述冷加工的镍-钛合金工件在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至25,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制(HIP'ed)至少0.25小时。在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于或等于500℃的温度下热锻造镍-钛合金锭以产生镍-钛合金坯料(billet)。所述镍-钛合金坯料在大于或等于500℃温度下被热棒轧制以产生镍-钛合金工件。所述镍-钛合金工件在低于500℃的温度下被冷拉拔以产生镍-钛合金棒。所述冷加工的镍-钛合金棒在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至25,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制至少0.25小时。应该理解，在本说明书中公开并描述的本专利技术并不限定于总结于本概述中的实施方案。附图说明在本说明书中公开和描述的非限制性的和非详尽的实施方案的各种特点和特征可通过参考附图被更好地理解，其中：图1是针对二元镍-钛合金的平衡相图；图2A和图2B是示出了加工(working)对镍-钛合金微观结构中的非金属夹杂物和孔隙的影响；图3是表示镍-钛合金中的非金属夹杂物以及相关的孔隙的扫描电子显微镜(SEM)图像(以背散射电子模式(backscatterelectronmode)500x放大倍率)；图4A-4G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；图5A-5G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；图6A-6H是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；图7A-7D是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；和图8A-8E是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)。当考虑根据本说明书的各种非限制性和非详尽的实施方案的以下详细描述时，读者将会理解前述细节及其他内容。具体实施方式本说明书描述和示出了各种实施方案，以提供对公开的生产镍-钛合金轧制产品的方法的功能、操作和实施的全面理解。应该理解，本说明书中描述和示出的各种实施方案是非限制性的和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产镍‑钛轧制产品的方法，其包括：在低于500℃的温度下冷加工镍‑钛合金工件；和热等静压压制冷加工的所述镍‑钛合金工件。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/843,7481.一种用于生产镍-钛轧制产品的方法，其包括：在低于500℃的温度下冷加工镍-钛合金工件；和热等静压压制冷加工的所述镍-钛合金工件。2.根据权利要求1所述的方法，其中在低于100℃的温度下冷加工所述镍-钛合金工件。3.根据权利要求1所述的方法，其中在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷加工包括至少一种选自由以下所组成的群组的冷加工技术：锻造、镦粗、拉拔、轧制、挤出、皮尔格式轧制、摆辗、型锻、顶锻、压印和它们的任意组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述冷加工包括冷拉拔。6.根据权利要求1所述的方法，其包括：在第一冷加工操作中，在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件；将冷加工的所述镍-钛合金工件退火；在第二冷加工操作中，在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件；和热等静压压制两次冷加工的所述镍-钛合金工件。7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括，在所述第二冷加工操作之后和所述热等静压压制之前，使所述镍-钛合金工件经受：至少一个额外的中间退火操作；和至少一个额外的在环境温度下的冷加工操作。8.根据权利要求6所述的方法，其中在于700℃至900℃范围内的温度下将所述镍-钛合金工件退火。9.根据权利要求1所述的方法，其中在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至50,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)。10.根据权利要求1所述的方法，在于800℃至1000℃范围内的温度和7,500psi至20,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·范多伦，史考特·史奇盖尔，乔瑟夫·威斯曼，
申请(专利权)人：冶联科技地产有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US