一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法技术

本发明专利技术公开了一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法，该方法包括：一、将60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材涂覆防氧化涂料后烘干；二、加热保温后先炉冷保温，再炉冷至500℃以下出炉空冷；三、加热保温；四、镦粗进行轴向变形；五、换向后进行多次径向变形，直至得到60NiTi(X)棒材。本发明专利技术针对60NiTi(X)中脆性相的特性设计热处理制度，消除了原料中的脆性相，降低了原料中的应力，克服了60NiTi(X)热加工变形过程中易脆断的难题，同时结合控制多相锻造的温度和应变速率，弥合了60NiTi(X)材料内部微小缺陷并细化晶粒，实现了锻造成型，解决了其多向锻造加工难度大、易开裂的问题。易开裂的问题。易开裂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法


[0001]本专利技术属于金属间化合物制备
，具体涉及一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法。

技术介绍

[0002]美国军械实验室1959年开发了一种富镍的镍钛金属间化合物Nitinol 60(Ni和Ti的重量比60:40)，该材料硬度可以达到HRC58-62。但是该材料由多种金属间化合物组成，由于金属间化合物的本征脆性，加工成型的难度很大，美国军械实验室放弃对该材料的研发长达40多年。直到2004年，美国宇航局(NASA)发现该材料还具有超弹性的特点，非常适合用于轴承材料，Nitinol 60以及相应富镍的三元镍钛金属间化合物60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)逐渐成为新型轴承材料研究的热点。
[0003]美国2016年公布的标准(MSFC-SPEC-3706)《SPECIFICATION FOR 60Ni-40Ti BILLETS》将Nitinol 60命名为60Ni-40Ti，其中规定60Ni-40Ti中Ti元素的质量百分比范围为39％～41％，而学术界一般使用60NiTi来代表该材料，将以60NiTi为基础添加少量合金元素发展的三元合金记为60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)，其中60NiTi-X中合金元素含量一般不超过10％，Ni元素质量百分比不小于56％。
[0004]然而，60NiTi和60NiTi-X由多种金属间化合物组成，原子之间的化学键具有很高的强度和方向性，导致其力学性能表现出类似陶瓷材料的脆性特征。从而，60NiTi和60NiTi-X在进行热加工变形时，往往表现出中心和表面多处脆裂的特点；而且60NiTi和60NiTi-X还具有裂纹敏感性，在裂纹萌生后继续变形，会造成裂纹的迅速扩展，导致脆断。因此，美国采用粉末冶金的方法规避其多向锻造热成型过程。然而，粉末冶金不仅工序多，工期长，成本高，而且还存在粉体易受到氧化污染，热等静压后材料内部存在结合缺陷等问题，影响该材料的使用寿命和市场推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法。该方法针对60NiTi(X)中脆性相的特性设计热处理制度，有效消除了原料中的脆性相Ni4Ti3或Ni3Ti2，大大降低了原料中的应力，克服了60NiTi(X)的本征脆性导致其热加工变形过程中易脆断的难题，同时结合控制多相锻造的温度和应变速率，弥合了60NiTi(X)材料内部微小缺陷并细化晶粒，实现了锻造成型，有效解决了60NiTi(X)材料多向锻造加工难度大、易开裂的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、将60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材的表面涂覆防氧化涂料，然后在100℃～200℃进行烘干去水处理；
[0008]步骤二、将步骤一中经烘干去水处理后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材加热至900℃～1050℃保温5h～10h，然后炉冷至800℃保温1h～5h，再炉冷至500℃以下出炉空冷；
[0009]步骤三、将步骤二经出炉空冷后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材的表面包覆石棉，然后加热至800℃～1000℃保温；
[0010]步骤四、先将液压锻机的锤头预热至200℃～400℃，然后将步骤三中经加热保温后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材放置于液压锻机中镦粗进行轴向变形，得到60NiTi(X)坯料；所述镦粗的首次压下量不超过15％，二次压下量不超过20％，镦粗的总压下量不小于50％，所述镦粗过程的应变速率为0.1s-1
～0.01s-1
，所述经加热保温后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材从出炉至放置于液压锻机后锻锤开始下压的时间小于30s；
[0011]步骤五、将步骤四中得到的60NiTi(X)坯料换向后进行多次径向变形，直至得到60NiTi(X)棒材；所述多次径向变形的首次压下量不超过20％，应变速率为0.1s-1
～0.01s-1
；所述60NiTi(X)棒材横截面的直径或边长为40mm～80mm。
[0012]研究发现，60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)锻棒中含有脆性相Ni4Ti3或Ni3Ti2，使得材料内部存在很大的应力，即使加热到1050℃以上也很难完全消除，进一步研究发现，两种脆性相的分解温度为853℃～773℃，800℃时达分解高峰，但两种脆性相的分解缓慢，炉冷过程中不能完全分解，因此60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)锻棒经热处理炉冷后仍具有较高的硬度，通常为HRC40-45左右。本专利技术将60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材表面涂覆防氧化涂料后烘干，先加热至900℃～1050℃保温5h～10h，消除其内部应力，然后炉冷至800℃保温1h～5h，使得脆性相Ni4Ti3或Ni3Ti2充分分解至完全，再炉冷至500℃以下出炉空冷，从而降低了60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)锻棒的硬度，通常为HRC20-22左右。本专利技术通过该热处理制度，有效消除了原料中的脆性相Ni4Ti3或Ni3Ti2，大大降低了原料中的应力，克服了60NiTi(X)的本征脆性导致其热加工变形过程中易脆断的难题，为后续多向锻造奠定基础；本专利技术继续将热处理后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材的表面包覆石棉加热至800℃～1000℃保温，并保持应变速率为0.1s-1
～0.01s-1
依次进行轴向和多次径向变形的多向锻造，弥合了60NiTi(X)材料内部微小缺陷并细化晶粒，顺利实现了锻造成型，有效解决了60NiTi(X)材料多向锻造加工难度大、易开裂的问题，最终得到横截面的直径或边长为40mm～80mm的60NiTi(X)棒材。
[0013]上述的一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法，其特征在于，步骤三中所述石棉的包覆厚度为1mm～3mm。
[0014]上述的一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法，其特征在于，步骤五中所述多次径向变形的终锻温度不低于750℃，所述多次径向变形过程中采用回火进行补温以保证终锻温度。本专利技术研究发现富镍的镍钛金属间化合物的韧脆转变温度点为600℃～700℃，通过控制径向变形的终锻温度不低于750℃，避免了径向变形过程中60NiTi(X)棒材的开裂，保证了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富镍的镍钛金属间化合物的多向锻造方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：步骤一、将60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材的表面涂覆防氧化涂料，然后在100℃～200℃进行烘干去水处理；步骤二、将步骤一中经烘干去水处理后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材加热至900℃～1050℃保温5h～10h，然后炉冷至800℃保温1h～5h，再炉冷至500℃以下出炉空冷；步骤三、将步骤二经出炉空冷后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)原料棒材的表面包覆石棉，然后加热至800℃～1000℃保温；步骤四、先将液压锻机的锤头预热至200℃～400℃，然后将步骤三中经加热保温后的60NiTi(X)铸锭或60NiTi(X)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，蔡建华，邹磊，洪权，赵永庆，陈军，杨海瑛，郭荻子，赵圣泽，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：