專利名稱：：一種低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf形狀記憶合金板材制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及HNi基開m記憶合金板材的制皿術(shù)，具體的說是一種低鎳的二元TlNi及三元TiNiHf開沐記憶合金板材制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，國內(nèi)外制備TM基開沐記憶合金板材所采用的技術(shù)路線是真空感應(yīng)熔煉"^造""^t一軋制一成品板材。該技術(shù)用于制備富鎳的TiNi合金較為成熟，成品率很高。但用于制備低鎳的TlNi合金，成品率極低，存在著很大缺點(diǎn)低鎳的HNi基合金中存在如丄+77M—J72M的包晶反應(yīng)，致使合金在凝固過程中出現(xiàn)大量的二次縮孑L和嚴(yán)重的縮松缺陷，如圖1(a)-(b)所示。這些缺陷嚴(yán)重惡化合金的熱加工性能，^^定其極易在鍛造過程中開裂而報(bào)廢。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低鎳的(鎳#1:<50化％)二元T1M及三元TlNiHf形狀記r乙合金板材制備方法。用該方法可以大幅度的提高低鎳的二元T1MB元TiNiHf照犬記憶合金板材的成品率，并且所制備出的合金板材具有優(yōu)異的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和穩(wěn)定的相變溫度。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明提供了一種低鎳的二元■及三元TlNiHf柳記憶合金板材制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉一鋼模鑄造一^f定組織改S^整形一缺陷處理一板坯麟—板材軋制的方f去，具體方法如下1、以海綿鈦、電解鎳及鉿薄板為原料，采用CaO成型的陶瓷柑堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉。2、本發(fā)明的低鎳的二元TlNi及三元TlNiHf開鄰記憶合金板材制備方法中，烙煉的電源頻率在20005000Hz范圍內(nèi)，最好在《2Pa的真空度下進(jìn)行。3、澆鑄模具選用錐形辦附莫具，并用保溫材料進(jìn)行包覆，澆鑄前置于電阻爐內(nèi)進(jìn)行500600°C/lh保溫處理，澆鑄時(shí)合金液過熱度50180°C。4、本發(fā)明的低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf開別犬記憶合金板材制備方法中，鑄錠組織改性及整形采用多道次靜液鍛壓方法進(jìn)行，其工藝參數(shù)為鍛壓溫度840900°C，鍛壓速度《3mm/s(—般為0.5-3mm/s)，每火變形量《5%(—般為1-5%)，回爐退火時(shí)間2040min，每火沿^l定周向垂直90。各變形一次，總變形量>30%(—般為30-50%)，最后一火變形沿^l定縱向進(jìn)行，變形量為515%。5、按步驟4的方法鍛壓后，將鍛壓錠沿縱向自中間剖開，清除由于二次縮孔戶M成的鍛壓裂紋等缺陷。6、按步驟5的方法完成后，將清除原鑄錠內(nèi)部缺陷后的鍛壓錠在S4090(TC的lg^^下，所需規(guī)格尺寸的板坯。7、本發(fā)明的低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf開別犬記憶合金板材制備方纟去中，板材軋制工藝參數(shù)為單向軋制，車L制驗(yàn)840900。C，每火變形量《10%(—般為5-10%)，回爐退火時(shí)間1530min，總變形量為5060%后，可12火軋制成212咖厚板材，最后以12%的變形量垂直于車匕帝仿向?qū)Π宀倪M(jìn)行整形處理。本發(fā)明中，低鎳的二元TiNi開娥記憶合金主要成分的范圍如下(at%):Ni:49.54線Ti:余量。本發(fā)明中，低鎳的三元TiNiHf幵鄰記憶合金主要成分的范圍如下(at%):M:49.649.9;Hf:23;Ti:余量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是1、本發(fā)明用熱力學(xué)穩(wěn)定的CaO陶瓷成型坩堝熔煉低鎳二元TlNi合金和三元TMHf糊犬記憶合金，降低了活性合金液與耐火氧化物坩堝的妊作用，達(dá)到了熔煉合金少進(jìn)氧的目的，同時(shí)獲得較高的過熱度。2、本發(fā)明通過調(diào)整合金熔煉的頻率，更有效的控制合金液與坩堝的交互作用，防止了合金熔煉過程中的增氧。3、本發(fā)明通過采用CaO陶瓷成型坩堝熔煉和調(diào)整合金熔煉的頻率(20005000Hz)的工藝方法，嚴(yán)格控制了合金中的氧含量，達(dá)到了穩(wěn)定合金相變點(diǎn)的目的。4、本發(fā)明采用靜液鍛壓的方法對合金^f定組織邀行改性，避免了合金由鑄錠直接鍛造極易出現(xiàn)的周向鍛造裂紋而報(bào)廢的情況，同時(shí)有效的消除了合金鑄造組織缺陷。5、本發(fā)明中，由于辦定中二次縮L的存在，會(huì)使合金在鍛壓過程中沿縱向形成部分、甚至貫穿的裂紋，如圖2(a)-(b)所示；而通過本發(fā)明的沿縱向自中間剖開鍛壓錠，隨后清除缺陷的方法，消除了^f定缺陷的影響，有效地提高了成口茲6、本發(fā)明采用鍛壓一清除缺卩§"鍛造的方法，在達(dá)到合金鑄錠組織改性和消除缺陷目的的同時(shí)，采用鍛造工藝避免了鍛壓板坯尺寸較小的缺點(diǎn)，可制備出不同規(guī)格的記憶合金板坯，滿足不同規(guī)格尺寸記憶合金板材的軋制要求。圖1低鎳TiNH己憶合金中易出現(xiàn)的二次縮孑L和疏松。圖中，a)二次縮孔；b)疏松的熒光^f另圖。圖2低鎳TiM記憶合金鍛壓過程中出現(xiàn)的縱向裂紋。圖中，a)鍛壓錠;b)鍛壓錠縱向截面。具體實(shí)施方式實(shí)施例1低鎳的三元riMHf開m記憶合金板材制備。在25kg真空感應(yīng)爐上熔煉合金，經(jīng)^l定表面處理、鑄錠鍛壓改性、缺陷清除、鍛造和軋制制備成ll醒厚板材。化學(xué)成分如表l，其制備過程為1、原材料為海綿Ti、電解鎳、金屬鉿棒。2、將上述原材料^ACaO坩堝，進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉。3、澆鑄模具選用錐形辭附莫具，并用保溫材料進(jìn)行包覆，澆鑄前置于電阻爐內(nèi)進(jìn)行50060(TC/35h保溫處理(本實(shí)施例為550°C/4h)，熔煉的電源頻率在20005000Hz范圍內(nèi)(本實(shí)施例為3000Hz)，真空度為1Pa;熔煉結(jié)束采用紅夕卜和接觸式熱電偶進(jìn)行測溫，當(dāng)過熱度達(dá)到5018(TC(本實(shí)施例為10(TC)時(shí)，進(jìn)行澆鑄。4、切除冒口，采用砂輪對^l定進(jìn)行打磨處理，去除表面氧化皮。5、采用鍛壓工藝對打磨后的鑄^ii行組織改性處理，其鍛壓，S4090(TC(本實(shí)施例為890°C)，鍛壓速度《3mm/s(本實(shí)施例為2mm/s)，每火變形量《5%(本實(shí)施例為5%)，回爐退火時(shí)間2040min(本實(shí)施例為25min，溫度850~890°C)，每火沿鑄錠周向垂直90。方向各變形一次，總變形量》30%(本實(shí)施例為40%)，最后一火變形沿#1定軸向進(jìn)行，變形量為515%(本實(shí)施例為5%)。6、采用線切割的方法將鍛壓錠自中部沿軸向剖開，采用角向砂縦行原鑄錠內(nèi)部缺陷清除，打磨禾，以錠坯表面光滑、無目視可見缺陷為宜。7、在840900。C的,溫度下(本實(shí)施例為89(TC)，,所需規(guī)格尺寸的板坯(本實(shí)施例為厚24mm、寬120mm板坯)。8、采用單向車L制方式進(jìn)行TiNiHf合金板材車L制，車L制鵬S40900。C(本實(shí)施例為890。C)，每火變形量《10%(本實(shí)施例為510%)，回爐退火時(shí)間1530min(本實(shí)施例為20min，，850890。C)，車L制成厚llmm的板材，最后以12%的變形量垂直于軋制方向?qū)Π宀倪M(jìn)行整形處理。表l低flH元TiNiHf開沐記憶合金的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于，所制備的是低鎳二元TM合金板材，其厚度為3mm，成分如表2。表2低鎳二元TiNi形狀記憶合金的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>鋼模進(jìn)行600°C/4h的保溫處理。合金熔煉的電源頻率在3300Hz;熔煉結(jié)束采用紅外和接觸式熱電偶進(jìn)行測溫，當(dāng)過熱度達(dá)到12(TC時(shí)，進(jìn)行澆鑄；按鍛壓溫度870°C、鍛壓速度2mm/s、每火變形量5%、回爐退火時(shí)間20min(溫度85(K87(TC)、每火沿鑄綻周向垂直90。方向各變形一次的工藝進(jìn)行l(wèi)ff定鍛壓，總變形量為40%，最后一火變形沿鑄錠縱向進(jìn)行，變形量為8%;采用與實(shí)施例1相同的工藝進(jìn)行鍛壓錠缺陷去除;在870°C的鍛造溫度下鍛成厚25mm、寬150mm板坯；采用與實(shí)施例1相似的車L制工藝，選用軋制鵬87(TC、每火變形量510%，每次回爐退火時(shí)間2030min、溫度850-870°C，將板坯軋制成厚llmm的板材，最后一火將合金由1lmm軋制成3mm厚薄板。實(shí)驗(yàn)表明，采用本發(fā)明技術(shù)方案的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術(shù)中合金在凝固過程中出現(xiàn)大量的二次縮孔和嚴(yán)重的縮松缺陷等問題。權(quán)利要求1、一種低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf形狀記憶合金板材制備方法，其特征在于，采用CaO坩鍋進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉、采用靜液鍛壓進(jìn)行鑄錠的組織改性、以及缺陷的去除處理、板坯鍛造和板材軋制的方法，具體過程如下(1)以海綿鈦、電解鎳及鉿薄板為原料，采用CaO成型的陶瓷坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉；(2)選用錐形鑄鋼模具，并用保溫材料進(jìn)行包覆，澆鑄前置于電阻爐內(nèi)，在溫度500～600℃、保溫3～5h處理；(3)真空熔煉的工藝參數(shù)為真空度≤2Pa，合金液過熱度50～180℃；(4)采用靜液鍛壓的方法對鑄錠進(jìn)行組織改性；(5)去除鍛壓缺陷；(6)板坯鍛造；(7)板材軋制。2、按權(quán)利要求1所述低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf形狀記憶合金板材制備方法，其特征在于所述熔煉的電源頻率在20005000Hz范圍。3、按權(quán)利要求1戶/M低鎳二元TiNi及三元HNiHf^l犬記憶合金板木才的制備方去，其特征在于采用靜液鍛壓的方法對^lia行組織改性，鍛壓M控制在840900°C，鍛jBI度《3mm/s，每火變形量《5%，回爐退火時(shí)間2040min，退火溫度控制在S4090(TC，每火沿^l定周向垂直90。各變形一次，總變形量》30%，最后一火變形沿鑄錠軸向進(jìn)行，變形量為515%。4、按權(quán)利要求1所述低鎳的二元TiM及三元TiNiHf開沐記憶合金板材制備方法，其特征在于將鍛壓錠自中部沿縱向剖開，去除鍛壓缺陷。5、按權(quán)利要求4所述低鎳的二元TiM及三元HNiHf開沐記憶合金板材制備方法，其特征在于采用角向砂輪清除由于二次縮L而造成的鍛壓裂紋，表面處理的程度以錠坯表面光滑、無目視可見缺陷。6、按權(quán)利要求1所述低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf開m記憶合金板材制備方法，其特征在于采用鍛造方法將合金鍛至所需規(guī)格尺寸的板坯，鍛造溫度控制在840900°C。7、按權(quán)利要求1所^f氏鎳的二元HNi及三元TiNiHf開m記憶合金板材制備方法，其特征在于采用單向軋制，軋制溫度控帝贓84090(TC，每火變形量《10%，回爐退火時(shí)間1530min，退火，控制在840900°C。8、按權(quán)利要求7所述低鎳的二元T1ME元T!MHf糊犬記憶合金板材制備方法，其特征在于..單向軋制板材的總變形量5060%后，經(jīng)12火將合金軋制成212mm厚板材。9、按權(quán)利要求7所述低鎳的二元TiNi及三元riNiHf形狀記憶合金板材制備方法，其特征在于單向軋制獲得的板材以12M的變形量垂直于車L帝仿向X寸板材進(jìn)行整形處理。全文摘要本發(fā)明涉及TiNi基形狀記憶合金板材的制備技術(shù)，具體的說是一種低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf形狀記憶合金板材的制備方法。以海綿鈦、電解鎳及鉿薄板為原料，采用CaO成型的陶瓷坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉的電源頻率控制在2000～5000Hz范圍內(nèi)，澆鑄時(shí)合金液過熱度控制在50～180℃；采用靜液鍛壓進(jìn)行鑄錠組織改性；將鍛壓錠自中部沿縱向剖開，徹底清除由二次縮孔導(dǎo)致的鍛壓裂紋；將清除表面缺陷后的鍛壓錠在840～900℃的溫度下鍛造；采用單向軋制。本發(fā)明可以大幅度的提高低鎳的二元TiNi及三元TiNiHf形狀記憶合金板材的成品率，并且所制備出的合金板材具有優(yōu)異的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和穩(wěn)定的相變溫度。文檔編號C22C1/02GK101381820SQ20071001270公開日2009年3月11日申請日期2007年9月5日優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日發(fā)明者奎劉,戎利建,趙明久,閆德勝,馬穎澈,明高申請人:中國科學(xué)院金屬研究所