一种室温低超弹疲劳高富Ni-TiNi合金板材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种室温低超弹疲劳高富Ni

【技术实现步骤摘要】
一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材及其制备方法。

技术介绍

[0002]相比于传统金属材料中小于1％应变的弹性极限，形状记忆合金可以表现出高达7％应变的超弹性变形，因此作为功能结构器件被广泛应用于航空航天、智能控制、生物医学等领域。形状记忆合金产生超弹性的物理根源是应力诱发的可逆马氏体相变。然而，由于两相界面处存在较大的微观晶格差异和宏观应变不相容性，局部会形成应力集中超过材料屈服强度，导致合金在循环相变过程不断发生位错增殖，进而产生严重的超弹疲劳现象，限制了合金在要求长周期循环稳定使用的人工心脏瓣膜、弹热制冷、固态驱动等领域的应用。
[0003]目前，对于薄膜、微柱等小尺寸合金材料，通过精细成分或微观调控其超弹抗疲劳性能已经取得了显著的提高。然而，超弹器件的大规模应用仍依赖于具有宏观尺寸的块材或板材。通过利用不同的强化机制，如细晶强化、析出强化等，能够提高奥氏体相的晶格弹性极限，从而减少位错生成，一定程度提高了块材或板材合金的抗超弹疲劳性能，但仍存在明显的残余应变，导致超弹可回复应变逐渐衰减。因此，进一步提升形状记忆合金的超弹表现，尤其是在不显著损失超弹应变的前提下优化其室温循环稳定性，具有重要的工程意义。

技术实现思路

[0004]为解决现有形状记忆合金中存在的上述超弹缺陷，本专利技术的目的在于提供一种室温低超弹疲劳高富Ni
>‑
TiNi合金板材及其制备方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的制备方法，包括如下过程：
[0007]原料准备：根据材料化学通式Ti
50
‑
x
Ni
50+x
中的Ti、Ni的原子比将Ti颗粒和Ni颗粒混合，得到混合金属颗粒，其中，1.3≤x＜1.8；
[0008]熔炼：利用真空电弧熔炼法，在保护气氛下，将所述混合金属颗粒熔化，并在磁搅拌下使熔化的金属液充分混合，经若干次翻面和熔炼后获得初始态铸锭；
[0009]第一次热处理：将所述初始态铸锭在真空条件下进行固溶处理，之后进行第一次水冷淬火，得到固溶态铸锭；
[0010]热轧：对固溶态铸锭进行热轧，并轧到预设的板材厚度，然后水冷淬火，得到热轧态板材；
[0011]冷轧：对热轧态板材进行室温冷轧，按预设步长逐渐增加轧辊下压量，每道次重复轧制若干次，直至达到最终的板材厚度，得到冷轧板材；
[0012]第二次热处理：将冷轧板材进行真空封管时效热处理，之后水冷淬火，得到所述室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材。
[0013]优选的，真空电弧熔炼时，真空度为5
×
10
‑3Pa以上，保护气氛为氩气，充入氩气保
护气至0.05MPa，熔炼电流为250
‑
300A。
[0014]优选的，真空电弧熔炼时，翻面次数不少于5次。
[0015]优选的，第一次热处理时，固溶处理的温度为950
‑
1050℃、保温时间为2
‑
6h。
[0016]优选的，热轧时，热轧温度为900
‑
1000℃，每道次下压0.1
‑
0.2mm，最终获得厚度为2.0
‑
3.0mm的热轧态板材。
[0017]优选的，冷轧时，控制每道次下压量为0.03
‑
0.05mm，总冷轧变形量为30％
‑
50％，冷轧板材最终厚度为1.0
‑
1.5mm。
[0018]优选的，第二次热处理时，真空封管时效热处理的温度为300
‑
500℃、时间0.5
‑
6h。
[0019]通过本专利技术上述制备方法制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材，在室温下，最大可回复应变为6％，4％应变下20次循环后超弹应力下降值为9
‑
35MPa；微观结构为含纳米析出物的纳米晶组织状态。
[0020]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0021]本专利技术通过成分设计使合金中的Ni原子浓度不低于51.3％，一方面为后续热机械处理提供高的Ti3Ni4析出化学驱动力，另一方面能够有效降低相变温度，有利于合金在室温下表现出超弹性。本专利技术通过固溶、热轧、冷轧和时效等简单工艺方法制备了板状形态的高富Ni
‑
TiNi超弹合金。冷轧后，由于合金内存在大量的溶质原子以及高密度的位错，因此在时效热处理过程中，析出和回复再结晶将同时进行，最终形成含弥散纳米析出物的纳米晶微观结构。这种纳米复合结构一方面能够有效地提高合金相变基体的屈服强度，另一方面抑制马氏体相变，使其多处形核有限长大以降低微观和宏观相界处的局部应力，从而避免在应力诱发相变过程中发生不可逆的塑性变形。因此相比于传统的近等原子比Ti
‑
Ni合金，本专利技术制备的高富Ni
‑
TiNi合金在保持大超弹应变的同时抗超弹疲劳性能得到了显著提升。本专利技术所采用的工艺方法制得的Ti
‑
Ni超弹合金板材为毫米级厚度的块体材料，可适应大规模的实际工程应用。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：
[0023]图1为本专利技术TiNi超弹合金板材的制备工艺技术路线图。
[0024]图2为本专利技术实施例1制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的透射电镜微观图。
[0025]图3为本专利技术实施例1制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的室温超弹拉伸测试结果图。
[0026]图4为本专利技术实施例1制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的室温超弹循环稳定性测试结果图。
[0027]图5为本专利技术实施例2制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的室温超弹拉伸测试结果图。
[0028]图6为本专利技术实施例2制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的室温超弹循环稳定性测试结果图。
[0029]图7为本专利技术实施例3制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的温超弹循环
稳定性测试结果图。
[0030]图8为本专利技术实施例4制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的室温超弹循环稳定性测试结果图。
[0031]图9为本专利技术实施例5制得的室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下过程：原料准备：根据材料化学通式Ti
50
‑
x
Ni
50+x
中的Ti、Ni的原子比将Ti颗粒和Ni颗粒混合，得到混合金属颗粒，其中，1.3≤x＜1.8；熔炼：利用真空电弧熔炼法，在保护气氛下，将所述混合金属颗粒熔化，并在磁搅拌下使熔化的金属液充分混合，经若干次翻面和熔炼后获得初始态铸锭；第一次热处理：将所述初始态铸锭在真空条件下进行固溶处理，之后进行第一次水冷淬火，得到固溶态铸锭；热轧：对固溶态铸锭进行热轧，并轧到预设的板材厚度，然后水冷淬火，得到热轧态板材；冷轧：对热轧态板材进行室温冷轧，按预设步长逐渐增加下压量，每道次重复轧制若干次，直至达到最终的板材厚度，得到冷轧板材；第二次热处理：将冷轧板材进行真空封管时效热处理，之后水冷淬火，得到所述室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材。2.根据权利要求1所述的一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的制备方法，其特征在于，真空电弧熔炼时，真空度为5
×
10
‑3Pa以上，保护气氛为氩气，充入氩气保护气至0.05MPa，熔炼电流为250
‑
300A。3.根据权利要求1所述的一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的制备方法，其特征在于，真空电弧熔炼时，翻面次数不少于5次。4.根据权利要求1所述的一种室温低超弹疲劳高富Ni
‑
TiNi合金板材的制备方法，其特征在于，第一次热处理时，固溶处理的温度为950
‑
1050℃、保温时间为2
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【专利技术属性】
技术研发人员：周玉美，党鹏飞，薛德祯，丁向东，孙军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：