CN103243240B - 一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法，采用中频感应熔炼与真空自耗熔炼相结合的方法一方面消除一次锭的铸造缺陷，得到纯净、均匀的铸锭。同时实现钛镍合金大型铸锭，提高生产效率及材料的批次稳定性。然后对铸锭进行高温均匀化，降低材料中的脆性相；再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明通过三方面，采用感应熔炼与自耗熔炼相结合的熔炼工艺，得到匀质、纯净、大规格的钛镍铸锭；高温均匀化处理减少了材料中的脆性相；合理的热加工及成品矫直工艺，提高了材料的塑性加工性能。制备出大锭型、均匀稳定、高塑性的Ti-Ni51at％合金丝材。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛镍丝材的制备方法，特别是一种高塑性钛镍形状记忆合金Ti-Ni51at％丝材的制备方法。
背景技术
钛镍基形状记忆合金是20世纪六十年代兴起的一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼三大特性的新型金属功能材料，同时还具有优良的生物相容性，应用已遍及电子、机械、宇航、能源、医疗卫生及生活日用品等领域。
等原子比Ti-Ni合金材料的主要应用特点是超弹性和形状记忆效应，包括合金相变点、恢复应力和恢复率等参数，化学成分是影响合金性能的最敏感因素。当Ni含量小于50.5at％时，Ti-Ni合金的超弹性性能较差；Ni含量越高，超弹性性能越好，但Ni含量达到51at％时，合金会变脆。
从Ti-Ni二元合金相图分析，由于TiNi的均相区上宽下窄，随着温度的降低，会析出脆性相Ti2Ni、TiNi3等。Ti-Ni51at％合金中Ni含量较多，析出脆性相会更多、更复杂，使得材料的塑性下降。
另外，现有的合金熔炼方法也存在降低材料塑性的隐患。等原子比钛镍合金铸锭一般都采用中频感应熔炼的方式获得，虽然这种方法能够得到组织均匀，成分配比合适的铸锭。但是由于熔炼设备本身及熔炼工艺的限制，一般制备20Kg以下的小型铸锭，且合金的流动性较差，以及浇注条件的限制，不可避免地产生气孔、冷隔等缺陷，降低了材料的加工性能。TiNi合金熔炼真空自耗+真空感应熔炼法或真空凝壳+真空自耗熔炼法等两真空熔炼相结合的方法多用于试验对比论证，且由于焊接、成分控制及生产成本等方面的问题不能转化为可生产的稳定工艺，未普遍使用。
Ti-Ni51at％由于Ni含量较高，奥氏体转变终了温度Af约-15℃，在不同地域，尤其是温度较低的环境仍具有良好的超弹性性能。尤其作为眼镜架用TiNi丝材，相比Ni含量较低的TiNi合金具有更好的稳定性，成为高端眼镜架首选用TiNi丝材。同时，随着眼镜架厂家自动律线工艺的实施，要求丝材的一次冷变形量达到80％以上。因此，高塑性TiNi51合金丝材的研制成为必然的趋势。
发明内容
本发明的构思是：采用中频感应熔炼与真空自耗熔炼相结合的方法一方面消除一次锭的铸造缺陷，得到纯净、均匀的铸锭。同时实现钛镍合金大型铸锭，提高生产效率及材料的批次稳定性。然后对铸锭进行高温均匀化，降低材料中的脆性相；再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。
一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法，先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊作为自耗电极进行真空自耗熔炼成为钛镍合金二次铸锭，然后将钛镍合金二次铸锭经过均匀化处理、锻造、轧制、拉拔和矫直后，获得TiNi51合金丝材。
所述真空感应炉为25Kg中频真空感应炉，钛镍合金一次铸锭的重量为15Kg，钛镍合金二次铸锭的重量为45～150Kg。
所述均匀化处理的工艺参数是：温度950～1150℃、保温时间4～8h。
所述锻造的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间2～3h。
所述轧制的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间1～2h。
所述拉拔的工艺参数是：温度500～800℃，采用石墨乳润滑的热拉拔工艺。
所述矫直处理的工艺参数是：温度800～950℃、速度5～20mm/s，水冷。
所述TiNi51合金丝材的一次冷变形量可达80％以上。
所述TiNi51合金是指镍含量处于50.8～51.2at％的钛镍二元合金。
所述TiNi51合金丝材的直径Φ≤6.5mm。
本方法可以实现Ti-Ni51at％合金丝材的制备，其中Ni％处于50.8at％～51.2at％之间，丝材直径Φ≤6.5mm，丝材的一次冷变形量达到80％以上。满足了电子、机械、宇航、能源、医疗卫生及生活日用品等各领域的要求。
本发明的有益效果：通过三方面改进，采用感应熔炼与自耗熔炼相结合的熔炼工艺，得到匀质、纯净、大规格的钛镍铸锭；高温均匀化处理减少了材料中的脆性相；合理的热加工及成品矫直工艺，提高了材料的塑性加工性能。制备出大锭型、均匀稳定、高塑性的Ti-Ni51at％合金丝材。
附图说明
图1：TiNi51at％-Φ2.0mm合金丝材的金相图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明的具体技术方案按照下列步骤：
(1)、先将符合TiNi51at％配比的海绵钛、电解镍原材料采用25Kg中频真空感应熔炼15Kg的一次钛镍合金铸锭。对一次锭切除冒口，扒皮处理后，进行组焊作为自耗电极，由于电极长度的限制，组焊的一次锭个数可以选择4～14个之间。真空自耗熔炼就可得到45～150Kg的二次铸锭。
(2)、均匀化处理：温度950～1150℃，保温时间4～8h。
(3)、锻造：温度800～1000℃，保温时间2～3h。可采用液压机或精锻机，加工成□50mm或Φ50mm的锻坯，并进行表面修磨。
(4)、轧制：温度800～1000℃，保温时间1～2h。加工成Φ8mm的轧条，并去除表面氧化皮。
(5)、拉拔：采用石墨乳润滑的热拉拔工艺，温度500～800℃。
(6)、矫直处理：温度800～950℃，速度5～20mn/s，水冷。
实施例1
TiNi51(Ti-Ni51at％)合金Φ6.5mm丝材的加工方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni51at％(Ti-Ni56.06wt％)配比，在25Kg中频真空感应熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。将一次锭切除冒口，扒皮处理后，选用4个进行组焊作为自耗电极，重量为45Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-45Kg铸锭。然后对铸锭进行高温均匀化，温度950～1150℃，保温时间4～6h。再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。
实施例2
TiNi51(Ti-Ni51at％)合金Φ3.5mm丝材的加工方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni51at％(Ti-Ni56.06wt％)配比，在25Kg中频真空感应熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。将一次锭切除冒口，扒皮处理后，选用10个进行组焊作为自耗电极，重量为110Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-110Kg铸锭。然后对铸锭进行高温均匀化，温度950～1150℃，保温时间6～8h。再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。矫直工艺为温度800～950℃，速度5～14mm/s，水冷。丝材可实现一次自动律线至Φ1.1mm，冷变形量达到80％以上。
实施例3
TiNi51(Ti-Ni51at％)合金Φ1mm丝材的加工方法：先将原材料0级海绵钛、Ni9999电解镍按照Ti-Ni51at％(Ti-Ni56.06wt％)配比，在25Kg中频真空感应熔炼Φ100-15Kg的一次钛镍合金铸锭。将一次锭切除冒口，扒皮处理后，选用14个进行组焊作为自耗电极，重量为150Kg。真空自耗炉熔炼选用Φ160mm铜坩埚，获得Φ160-150Kg铸锭。然后对铸锭进行高温均匀化，温度950～1150℃，保温时间6～8h。再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。温度800～860℃，速度10～20mm/s，水冷。
本发明制备的TiNi51at％-Φ2.0mm合金丝材的金相见图1，属于等轴组织，分布细小的二相颗粒。两种规格丝材的室温力学性能见表1，本发明工艺制备的丝材屈强比降低，塑性提高，冷变形加工能力明显改善。
表1两种规格TiNi51at％合金丝材的室温力学性能
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法，其特征在于：先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊作为自耗电极进行真空自耗熔炼成为钛镍合金二次铸锭，然后将钛镍合金二次铸锭经过均匀化处理、锻造、轧制、拉拔和矫直后，获得TiNi51合金丝材；所述均匀化处理的工艺参数是：温度950～1150℃、保温时间4～8h；所述锻造的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间2～3h；所述轧制的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间1～2h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述真空感应炉为25Kg中频真空感应炉，钛镍合金一次铸锭的重量为15Kg，钛镍合金二次铸锭的重量为45～150Kg。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述拉拔的工艺参数是：温度500～800℃，采用石墨乳润滑的热拉拔工艺。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述矫直处理的工艺参数是：温度800～950℃、速度5～20mm/s，水冷。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiNi51合金丝材的一次冷变形量达80％以上。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiNi51合金是指镍含量处于50.8～51.2at％的钛镍二元合金。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述TiNi51合金丝材的直径Φ≤6.5mm。
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