CN100594251C - 一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，它涉及一种TiNi合金多功能一体化的热处理方法。本发明解决了现有热处理方法处理的TiNi合金性能单一的问题。本发明的方法按以下步骤进行：一、深冷处理；二、中温退火；三、约束时效处理；即实现了TiNi合金的多功能一体化。本发明的复合热处理方法处理后的TiNi合金，同时具有良好的形状记忆效应、良好的超弹性性能以及优异的阻尼行为，本发明的复合热处理方法使得TiNi合金具有良好的多功能一体化性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种TiNi合金多功能一体化的热处理方法。
背景技术
TiNi合金具有独特的形状记忆特性与超弹性行为以及优异的阻尼行为，用TiNi合金制成的连接件、紧固件和减振元件在航天航空等多种结构中有着广泛应用，其应用可有效简化结构、减轻重量、提高使用性能和安全可靠性。目前我国已用于航天航空结构中的TiNi合金构件主要利用了TiNi合金的某一个单一功能，记忆效应或超弹性等。随着研究的深入和应用的推广，航天结构中的均载连接和高阻尼减振等要求TiNi合金兼具有多种功能，只具有单一功能的TiNi合金已不能满足航空航天结构对智能材料的迫切需求。为实现上述目的，要求TiNi合金构件兼具有大的恒弹力应变、高的平台应力和高阻尼特性以及高应变恢复特性等多种功能。但是现有TiNi合金的热处理方法仅能满足TiNi合金优异的非线性超弹性、高阻尼特性和高应变恢复特性等多种功能中的一项或者两项，热处理后的TiNi合金性能单一，因此TiNi合金的多功能化热处理工艺技术亟待解决。
发明内容
本发明为了解决现有热处理方法处理的TiNi合金性能单一，而提供了一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法。
本发明TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法按以下步骤进行：一、将TiNi合金放入深冷设备中进行深冷处理，控制深冷温度为5～15℃，冷变形量为15％～25％；二、深冷处理后的TiNi合金放入保温设备中进行中温退火，在400～500℃的条件下保温0.5～1.5h；三、TiNi合金退火后放入时效炉中进行约束时效处理，控制约束应力为180～220MPa，在450～550℃的条件下时效0.5～1.5h；即实现了TiNi合金的多功能一体化。
本发明的TiNi合金热处理方法先通过适当的深冷变形处理，在基体中引入适量位错；在随后的中温退火过程中，发生位错重排以及热马氏体相变，形成了平直清晰的马氏体界面组态同时位错重排形成规则位错组态；再通过约束时效在基体上形成细小、弥散、取向分布的Ti3Ni4沉淀相。本发明的TiNi合金热处理方法使得TiNi合金兼具有可动性好的共格马氏体界面，规则位错组态，以及细小且弥散分布Ti3Ni4相的微观组织结构，从而具有了优异的形状记忆性能、超弹性性能和阻尼特性。
本发明处理后的TiNi合金的最大可恢复应变为80％以上，恢复应力为500MPa以上，恒弹力应变为60％以上，上平台应力为500MPa以上，SDC为30％以上，本发明的复合热处理方法使得处理后的TiNi合金同时具有良好形状记忆效应、超弹性性能和阻尼特性。与现有的热处理方法处理后的TiNi合金相比较，本发明处理的TiNi合金综合性能好，具有良好的多功能一体化的特点。
附图说明
图1表示采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金、中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的最大可恢复应变柱形图，其中横坐标上1表示第一种TiNi合金的最大可恢复应变柱形图、2表示第二种TiNi合金的最大可恢复应变柱形图、3表示第三种TiNi合金的最大可恢复应变柱形图、4表示第四种TiNi合金的最大可恢复应变柱形图；
图2表示采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金、中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的恢复力柱形图，其中横坐标上1表示第一种TiNi合金的恢复力柱形图、2表示第二种TiNi合金的恢复力柱形图、3表示第三种TiNi合金的恢复力柱形图、4表示第四种TiNi合金的恢复力柱形图；
图3表示采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金、中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的恒弹力应变柱形图，其中横坐标上1表示第一种TiNi合金的恒弹力应变柱形图、2表示第二种TiNi合金的恒弹力应变柱形图、3表示第三种TiNi合金的恒弹力应变柱形图、4表示第四种TiNi合金的恒弹力应变柱形图；
图4表示采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金、中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的上平台应力柱形图，其中横坐标上1表示第一种TiNi合金的上平台应力柱形图、2表示第二种TiNi合金的上平台应力柱形图、3表示第三种TiNi合金的上平台应力柱形图、4表示第四种TiNi合金的上平台应力柱形图；
图5表示采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金、中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的SDC柱形图，其中横坐标上1表示第一种TiNi合金的SDC柱形图、2表示第二种TiNi合金的SDC柱形图、3表示第三种TiNi合金的SDC柱形图、4表示第四种TiNi合金的SDC柱形图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法按以下步骤进行：一、将TiNi合金放入深冷设备中进行深冷处理，控制深冷温度为5～15℃，冷变形量为15％～25％；二、深冷处理后的TiNi合金放入保温设备中进行中温退火，在400～500℃的条件下保温0.5～1.5h；三、TiNi合金退火后放入时效炉中进行约束时效处理，控制约束应力为180～220MPa，在450～550℃的条件下时效0.5～1.5h；即实现了TiNi合金的多功能一体化。
本实施方式采用的TiNi合金的型号是TA1-TA10。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中温度为7～13℃，冷变形量为18％～22％。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中温度为10℃，冷变形量为20％。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中在430～470℃的条件下保温0.7～1.2h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中在450℃的条件下保温1h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中约束应力为190～210MPa，在470～520℃的条件下时效0.7～1.2h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中约束应力为200MPa，在450℃的条件下时效1h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
第一种TiNi合金采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法如下：一、将TiNi合金放入深冷设备中进行深冷处理，控制深冷温度为10℃，冷变形量为20％；二、深冷处理后的TiNi合金放入保温设备中进行中温退火，在450℃的条件下保温1h；三、TiNi合金退火后放入时效炉中进行约束时效处理，控制约束应力为200MPa，在500℃的条件下时效1h；即得到了第一种合金；
第二种TiNi合金采用中温退火处理方法如下：将合金(型号为TA1-TA10)置于在850℃条件下保温1h，即得到第二种TiNi合金；
第三种TiNi合金采用深冷处理方法如下：将TiNi合金(型号为TA1-TA10)放入处理温度为5℃，冷变形量为25％的深冷设备中进行深冷处理，即得到第三种TiNi合金；
第四种TiNi合金的采用时效处理方法如下：将TiNi合金(型号为TA1-TA10)放入时效炉中在500℃条件下时效1h，即得到第四种TiNi合金。
这四种TiNi合金的结果如图1、2、3、4和5所示，从图1、2、3、4和5中横坐标上2(第二种TiNi合金)对应的柱形图可以看出，采用中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金的最大可恢复应变为87％、恢复应力为370MPa、恒弹力应变为57％、上平台应力为420MPa、SDC为21％，经中温退火方法处理的TiNi合金具有较好的形状记忆效应，表现为具有较高的可恢复应变，但由于基体较软，难于获得高的恢复力，同时超弹性性能以及阻尼特性均很差；从图1、2、3、4和5中横坐标上3(第三种TiNi合金)对应的柱形图可以看出，采用深冷处理方法得到的第三种TiNi合金的最大可恢复应变为62％、恢复应力为520MPa、恒弹力应变为42％、上平台应力为430MPa、SDC为35％，向深冷处理方法处理的TiNi合金中引入了大量位错，并使TiNi合金的结构具有了规则组态，因此具有良好的阻尼特性，但其可恢复应变和超弹性性能均极差；从图1、2、3、4和5中横坐标上4(第四种TiNi合金)对应的柱形图可以看出，采用时效处理方法得到的第四种TiNi合金的最大可恢复应变为65％、恢复应力为540MPa、恒弹力应变为64％、上平台应力为480MPa、SDC为27％，经时效处理方法处理的TiNi合金基体上具有细小弥散第二相，时效处理方法有第二相强化作用，使得TiNi合金基体具有较高强度，因而具有良好的超弹性性能和高的恢复力，但其阻尼特性和可恢复应变较低；从图1、2、3、4和5中横坐标上1(第一种TiNi合金)对应的柱形图可以看出，经本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金的最大可恢复应变为82％、恢复应力为530MPa、恒弹力应变为61％、上平台应力为510MPa、SDC为31％，本发明的复合热处理方法处理后的TiNi合金，本发明的TiNi合金热处理方法使TiNi合金的构造具有稳定的可动性好的共格马氏体界面，Ti3Ni4相细小且弥散分布的微观组织结构，从而具有了优异的形状记忆性能、超弹性性能和阻尼特性。
采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金与中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金、深冷处理方法处理得到的第三种TiNi合金和时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的各项性能进行比较，比较结果如表1所示。从表1中数据可以看出，第一种TiNi合金的最大可恢复应变为82％，第二种TiNi合金的最大可恢复应变为87％，第三种TiNi合金的最大可恢复应变为62％，第四种TiNi合金的最大可恢复应变为65％，本发明方法处理得到的第一种TiNi合金的最大可恢复应变仅次于中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金的最大可恢复应变，但是中温退火方法处理得到的第二种TiNi合金的恢复应力、恒弹力应变、上平台应力和SDC均比本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金低；
采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金的恢复应力为530MPa，第二种TiNi合金的恢复应力为370MPa，第三种TiNi合金的恢复应力为520MPa，第四种TiNi合金的恢复应力为540MPa，采用本发明方法处理得到的第一种TiNi合金的恢复应力仅次于时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的恢复应力，但是时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的最大可恢复应变、上平台应力和SDC均比本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金低；
采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金的恒弹力应变为61％，第二种TiNi合金的恒弹力应变为57％，第三种TiNi合金的恒弹力应变为42％，第四种TiNi合金的恒弹力应变为64％，采用本发明方法处理得到的第一种TiNi合金的恒弹力应变仅次于时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的恒弹力应变，但是时效处理方法处理得到的第四种TiNi合金的最大可恢复应变、上平台应力和SDC均比本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金低；
采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金的上平台应力为510MPa，第二种TiNi合金的上平台应力为420MPa，第三种TiNi合金的上平台应力为520MPa，第四种TiNi合金的上平台应力为480MPa，采用本发明方法处理得到的第一种TiNi合金的上平台应力仅次于时效处理方法处理得到的第三种TiNi合金的上平台应力，但是时效处理方法处理得到的第三种TiNi合金的最大可恢复应变、恢复应力和恒弹力应变均比本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金低；
采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金的SDC为31％，第二种TiNi合金的SDC为21％，第三种TiNi合金的SDC为35％，第四种TiNi合金的SDC为27％，采用本发明方法处理得到的第一种TiNi合金的SDC仅次于时效处理方法处理得到的第三种TiNi合金的SDC，但是时效处理方法处理得到的第三种TiNi合金的最大可恢复应变、恢复应力和恒弹力应变均比本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金低；
综上所述，采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法得到的第一种TiNi合金同时具有较高的最大可恢复应变、较大的恢复应力、较高的恒弹力应变、较大的上平台应力和较高的SDC，采用本发明的TiNi合金多功能一体化的复合热处理的TiNi合金具有良好的多功能一体化的特点。
表1
Claims (7)
1、一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法按以下步骤进行：一、将TiNi合金放入深冷设备中进行深冷处理，控制深冷温度为5～15℃，冷变形量为15％～25％；二、深冷处理后的TiNi合金进行中温退火，在400～500℃的条件下保温0.5～1.5h；三、TiNi合金退火后放入时效炉中进行约束时效处理，控制约束应力为180～220MPa，在450～550℃的条件下时效0.5～1.5h；即实现了TiNi合金的多功能一体化。
2、根据权利要求1所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤一中深冷温度为7～13℃，冷变形量为18％～22％。
3、根据权利要求1或2所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤一中深冷温度为10℃，冷变形量为20％。
4、根据权利要求3所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤二中在430～470℃的条件下保温0.7～1.2h。
5、根据权利要求4所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤二中在450℃的条件下保温1h。
6、根据权利要求5所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤三中约束应力为190～210MPa，在470～520℃的条件下时效0.7～1.2h。
7、根据权利要求1所述的一种TiNi合金多功能一体化的复合热处理方法，其特征在于步骤三中约束应力为200MPa，在450℃的条件下时效1h。
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