CN104662185A - 镍-钛合金的热机械处理 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于生产镍-钛轧制产品的方法。镍-钛合金工件在低于500℃温度下被冷加工。冷加工的镍-钛合金工件被热等静压压制(HIP′ed)。

Description

镍-钛合金的热机械处理
技术领域
本说明书中涉及用于生产镍-钛合金轧制产品的方法以及通过本说明书中所描述的方法制得的轧制产品。
发明背景
等原子的和近等原子的镍-钛合金具有“形状记忆”和“超弹性”二者的属性。更具体地，已知当通常被称为“镍钛诺(Nitinol)”合金的这些合金冷却至低于该合金的马氏体开始温度(martensite starttemperature)(“Ms”)时，这些合金经历从母相(通常称为奥氏体相(austenite phase))到至少一个马氏体相(martensite phase)的马氏体相变(martensitic transformation)。当冷却至该合金的马氏体结束温度(martensite finish temperature)(“Mf”)时完成该相变。此外，当材料被加热到高于其奥氏体结束温度(austenite finish temperature)(“Af”)的温度时，该相变是可逆的。
这种可逆的马氏体相变产生了合金的形状记忆属性。例如，镍-钛形状记忆合金可被制成仍在奥氏体相中的第一形状(即，在高于合金的Af的温度)，随后被冷却至低于Mf的温度并变形为第二形状。只要材料保持低于该合金的奥氏体开始温度(austenite starttemperature)(“As”)(即，开始转变成奥氏体时的温度)，该合金将保持所述第二形状。然而，如果形状记忆合金被加热到高于Af的温度，则该合金将恢复到所述第一形状,如果没有被物理约束或当被约束可以施加应力至另一制品上时。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体热诱导转变(thermally-inducedtransition)，并因此称为术语“形状记忆”。
在奥氏体相和马氏体相之间的相变还产生了形状记忆镍-钛合金的“拟弹性”或“超弹性”属性。当形状记忆镍-钛合金在高于该合金的Af温度但在低于所谓的马氏体变形温度(martensite deformationtemperature)(“Md”)的温度下产生应变时，该合金可经历从奥氏体相到马氏体相的应力诱导相变。因此所述Md被定义成大于该马氏体不能被应力诱导时的温度的温度。当在Af和Md之间的温度下将应力施加于镍-钛合金时，在小的弹性变形之后，该合金通过从奥氏体至马氏体的相变而屈服于所施加的应力。这种相变，结合马氏体相在所施加的应力下通过由孪晶界(twinned boundary)的移动变形而不产生位错(dislocation)的能力，允许镍-钛合金通过无塑性(即永久)变形的弹性变形来吸收大量的应变能。当应变被去除时，该合金能够恢复回到其非应变的状态，并因此称为术语“拟弹性”。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体应力诱导转变(stress-induced transition)，并因此称为术语“超弹性”。因此，超弹性镍-钛合金宏观上似乎相对于其他合金是非常有弹性的。当针对镍-钛合金使用时术语“拟弹性”和“超弹性”是同义的，并且术语“超弹性”用在本说明书中。
形状记忆和超弹性镍-钛合金的独特性能的产生商业用途的能力部分地取决于在这些相变发生时的温度，即，该合金的As、Af、Ms、Mf和Md。例如，在诸如血管支架、血管过滤器和其他医疗设备的应用中，通常重要的是镍-钛合金在体温范围内(即，Af≤～37℃≤Md)呈现超弹性的特性。已经观察到，镍-钛合金的转变温度高度依赖于组成。例如，已经观察到，镍-钛合金的转变温度对于该合金组成中的1原子百分比变化而言可以变化超过100K。
另外，镍-钛合金的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为是疲劳关键的。疲劳是指当材料经受循环加载时发生的渐进的和局部的结构损坏。重复的加载和卸载导致微裂纹(microscopic crack)的形成，当在远低于材料的屈服强度或弹性极限的应力水平下对材料进一步实施循环加载时，所述微裂纹的尺寸可能增大。疲劳裂纹最终可能会达到临界尺寸，从而导致经受循环加载的材料的突然失效。已经观察疲劳裂纹容易在镍-钛合金中的非金属夹杂物(inclusion)和其他第二相处引发。因此，镍-钛合金的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为是夹杂物和第二相关键的。
概述
在一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在低于500℃的温度下冷加工镍-钛合金工件，以及热等静压压制(HIP'ing)所述冷加工的镍-钛合金工件。
在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于或等于500℃的温度下热加工镍-钛合金工件，然后在低于500℃的温度下冷加工所述热加工的镍-钛合金工件。所述冷加工的镍-钛合金工件在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至25,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制(HIP'ed)至少0.25小时。
在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于或等于500℃的温度下热锻造镍-钛合金锭以产生镍-钛合金坯料(billet)。所述镍-钛合金坯料在大于或等于500℃温度下被热棒轧制以产生镍-钛合金工件。所述镍-钛合金工件在低于500℃的温度下被冷拉拔以产生镍-钛合金棒。所述冷加工的镍-钛合金棒在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至25,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制至少0.25小时。
应该理解，在本说明书中公开并描述的本发明并不限定于总结于本概述中的实施方案。
附图说明
在本说明书中公开和描述的非限制性的和非详尽的实施方案的各种特点和特征可通过参考附图被更好地理解，其中：
图1是针对二元镍-钛合金的平衡相图；
图2A和图2B是示出了加工(working)对镍-钛合金微观结构中的非金属夹杂物和孔隙的影响；
图3是表示镍-钛合金中的非金属夹杂物以及相关的孔隙的扫描电子显微镜(SEM)图像(以背散射电子模式(backscatter electronmode)500x放大倍率)；
图4A-4G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；
图5A-5G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；
图6A-6H是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；
图7A-7D是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)；和
图8A-8E是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显微镜图像(以背散射电子模式500x放大倍率)。
当考虑根据本说明书的各种非限制性和非详尽的实施方案的以下详细描述时，读者将会理解前述细节及其他内容。
详细描述
本说明书描述和示出了各种实施方案，以提供对公开的生产镍-钛合金轧制产品的方法的功能、操作和实施的全面理解。应该理解，本说明书中描述和示出的各种实施方案是非限制性的和非详尽的。因此，本发明并不需要受本说明书中公开的各种非限制性和非详尽实施方案的描述的限制。针对各种实施方案示出和/或描述的特点和特征可以组合其他实施方案的特点和特征。这样的修改和变化意在包含在本说明书的范围内。正因为如此，可以修订本权利要求书，以详述本说明书中明确或固有描述的或以其他方式由本说明书明确或固有支持的任何特点或特征。此外，申请人保留修订本权利要求书的权利，以确定放弃现有技术中可能存在的特点或特征的权利要求。因此，任何这样的修订符合35U.S.C.§§112(a)和132(a)的要求。本说明书中公开和描述的各种实施方案可以包含本说明书中不同描述的特点和特征、由本说明书中不同描述的特点和特征组成或基本组成。
此外，本说明书中所述的任何数值范围意在包括所有在所述范围内的相同数值精度的子范围。例如，“1.0至10.0”的范围意在包括在所述的1.0最小值和所述的10.0最大值之间(且包括这两个值)的所有子范围，也就是，其具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值，例如2.4至7.6。本说明书中所述的任何最大数值限制意在包括所有其中包含的较小数值限制，且本说明书中所述的任何最小数值限制意在包括所有其中包含的较大数值限制。因此，申请人保留修订本说明书的权利，包括权利要求书，以明确详述包括在本文明确所述范围内的任何子范围。所有这样的范围意在固有地在本说明书中描述，以便明确详述对任何这样的子范围的修订符合35U.S.C.§§112(a)和132(a)的要求。
除非另有说明，本文认定的任何专利、出版物或其他公开材料全部通过引用的方式并入本说明书，但仅至所并入的材料与本说明书中的现有描述、定义、说明或其他明确阐述的公开材料不发生冲突的程度。正因为如此，且在必要的程度，本说明书中阐述的明确公开将替代通过引用并入本文的任何冲突材料。据称通过引用并入本说明书但其与本文阐述的现有定义、说明或其他公开材料存在冲突的任何材料或其部分，仅并入至在并入的材料和现有公开材料之间不会发生冲突的程度。申请人保留修订本说明书的权利，以明确详述通过引用并入本文的任何主题或其部分。
本说明书中使用的语法冠词“一(one)”、“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”意在包括“至少一个”或“一个或多个”，除非另有说明。因此，本说明书中使用的冠词是指该冠词的语法对象中的一个或多个(即，指“至少一个”)。通过实施说明，“一组件”是指一个或多个组件，且因此，可能考虑多个的组件，且在所述实施方案的实施中可以采用或使用所述多个的组件。另外，单数名词的使用包括复数，且复数名词的使用包括单数，除非使用的上下文另有要求。
在本说明书中描述的各种实施方案涉及用于制备镍-钛合金轧制产品的方法，所述轧制产品具有改善的微观结构，例如非金属夹杂物和孔隙的降低的面积分率和尺寸。如本文所用，术语“轧制产品”是指通过合金锭的热机械加工生产的合金制品。轧制产品包括，但不限于，坯料、棒、杆、线、管、厚板(slab)、板(plate)、片材和箔。此外，如本文中所使用的，术语“镍-钛合金”是指合金组合物，其含有基于所述合金组合物的总重量的至少35％的钛和至少45％的镍。在各种实施方案中，在本说明书中描述的方法适用于近等原子的镍-钛合金。如本文所使用的，术语“近等原子的镍-钛合金”是指的合金含有45.0原子％至55.0原子％的镍、余量钛和残余杂质。近等原子的镍-钛合金包括基本由基于原子50％的镍和50％的钛组成的等原子的二元镍-钛合金。
镍-钛合金轧制产品可以由包括例如以下步骤的方法制备：使用诸如真空感应熔炼(VIM)和/或真空电弧重熔(VAR)的熔炼技术配制合金化学；铸造镍-钛合金锭；将铸造的锭锻造成坯料；将所述坯料热加工成轧制料(mill stock)形式；将所述轧制料形式冷加工(及任选的中间退火)成轧制产品形式；和将所述轧制产品形式轧机退火，以生产最终的轧制产品。这些过程可能会产生具有可变的微观结构如显微纯洁度(microcleanliness)的轧制产品。如本文所用，术语“显微纯洁度”是指镍-钛合金的如ASTM F 2063-12：Standard Specificationfor Wrought Nickel-Titanium Shape Memory Alloys for Medical Devicesand Surgical Implants的第9.2节中所定义的非金属夹杂物和孔隙特性，其通过引用的方式并入本说明书中。对于镍-钛合金轧制产品生产者而言，生产始终如一地满足诸如ASTM F 2063-12规定的行业标准的显微纯洁度和其他要求的镍-钛合金轧制产品在商业上是重要的。
本说明书中所描述的方法包括在低于500℃的温度下冷加工镍-钛合金工件，和热等静压压制所述冷加工的镍-钛合金工件。冷加工降低了镍-钛合金工件中的非金属夹杂物的尺寸和面积分率。热等静压压制减少或消除了镍-钛合金工件中的孔隙。
通常，术语“冷加工”指是在低于材料的流动应力被显著降低时的温度的温度下加工合金。针对所公开的方法如本文所用，“冷加工”、“冷加工的”、“冷成型”、“冷轧”和类似的术语(或针对特定加工或成型技术使用的“冷”，例如“冷拉拔”)是指在低于500℃的温度下加工或已经加工过的状态，视具体情况而定。当工件的内部和/或表面温度低于500℃时，可以执行冷加工操作。冷加工操作可在低于500℃的任意温度下进行，例如，低于400℃、低于300℃、低于200℃或低于100℃。在各种实施方案中，冷加工操作可以在环境温度下进行。在给定的冷加工操作中，镍-钛合金工件的内部和/或表面温度可能在加工期间因绝热加热而上升超出指定的限制(例如，500℃或100℃)；然而，为本说明书中所描述的方法的目的，所述操作仍是冷加工操作。
一般地，热等静压压制(HIP或HIP'ing)是指在HIP炉中高压和高温气体(例如氩气)至工件的外表面的等静压(即均一)施加。针对所公开的方法如本文所用，“热等静压压制”，“热等静压压制的”和类似的术语或缩写词是指高压和高温气体至冷加工的状态中的镍-钛合金工件的等静压施加。在各种实施方案中，镍-钛合金工件可以在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至50,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制。在一些实施方案中，镍-钛合金工件可以在于750℃至950℃、800℃至950℃、800℃至900℃或850℃至900℃范围内的温度；和在7,500psi至50,000psi，10,000psi至45,000psi、10,000psi至25,000psi、10,000psi至20,000psi、10,000psi至17,000psi、12,000psi至17,000psi或12,000psi至15,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制。在各种实施方案中，镍-钛合金工件可以在温度和压力下在HIP炉中被热等静压压制至少0.25小时，并且在一些实施方案中，被热等静压压制至少0.5小时、0.75小时、1.0小时、1.5小时或至少为2.0小时。
如本文所用，术语“非金属夹杂物”是指在含有非金属成分(如碳和/或氧原子)的NiTi金属基体中的次要相。非金属夹杂物包括Ti4Ni2Ox氧化物非金属夹杂物和碳化钛(TiC)两者和/或碳氧化钛(Ti(C,O))非金属夹杂物。非金属夹杂物不包括离散的金属间相(inter-metallic phase)，例如，Ni4Ti3、Ni3Ti2、Ni3Ti和Ti2Ni，其也可形成在近等原子的镍-钛合金中。
基本上由基于原子50％的镍和50％的钛组成(按重量计大约55％的Ni、45％的Ti)的等原子的镍-钛合金具有基本上由NiTi B2立方结构(即，氯化铯型结构)构成的奥氏体相。与形状记忆效应和超弹性相关的马氏体相变是无扩散的，并且马氏体相具有B19的单斜晶结构。NiTi相位区是很窄的，并基本上相当于在低于约650℃的温度下的等原子的镍-钛。参见图1。在富Ti侧上的NiTi相位区边界基本上从环境温度垂直地高至约600℃。在富Ni侧上的NiTi相位区边界随着温度的下降而减少，并且镍在约600℃及以下在B2Ni-Ti中的溶解度是可忽略的。因此，近等原子的镍-钛合金通常含有金属间第二相(例如，Ni4Ti3、Ni3Ti2、Ni3Ti和Ti2Ni)，其化学特性取决于近等原子的镍-钛合金是否是富Ti的或富Ni的。
如前所述，镍-钛合金锭可以由使用真空感应熔炼(VIM)熔化的熔融合金铸造。可以将钛输入材料和镍输入材料放置在VIM炉中的石墨坩埚中，并熔化以产生熔融的镍-钛合金。在熔化期间，来自石墨坩埚的碳可能溶解在所述熔融的合金中。在镍-钛合金锭的铸造过程中，碳可以与所述熔融的合金反应，产生形成铸锭中的非金属夹杂物的立方碳化钛(TiC)和/或立方碳氧化钛(Ti(C,O))颗粒。VIM锭通常可含有按重量计100-800ppm的碳和按重量计100-400ppm的氧，这可能在镍-钛合金基体中产生相对较大的非金属夹杂物。
镍-钛合金锭也可以由使用真空电弧重熔(VAR)熔化的熔融合金制造。在这方面，术语VAR可能是用词不当，因为钛输入材料和镍输入材料可以被熔化在一起，以在VAR炉中首先形成合金组合物，在这种情况下的操作可更精确地称为真空电弧熔炼。为了保持一致性，术语“真空电弧重熔”和“VAR”被用在本说明书中，以表示通过元素输入材料或其他的进料的合金重熔和初始合金熔化这两者，在给定的操作中可能视情况而定。
钛输入材料和镍输入材料可以用于以机械方式形成电极，所述电极在VAR炉中被真空电弧重熔在水冷铜坩埚中。相对于使用需要石墨坩埚的VIM熔化的镍-钛合金而言，水冷铜坩埚的使用可以显著地降低渗碳(carbon pickup)的水平。VAR锭通常可包含按重量计小于100ppm的碳，这显著地降低或消除碳化钛(TiC)和/或碳氧化钛(Ti(C,O))非金属夹杂物的形成。然而，当由海绵钛输入材料制成时，VAR锭通常可含有例如按重量计100-400ppm的氧。氧可以与熔融合金反应，产生例如Ti4Ni2Ox氧化物非金属夹杂物，它们作为通常存在于富Ti的接近等原子的镍-钛合金中的Ti2Ni金属间第二相具有几乎相同的立方结构(空间群Fd3m)。这些非金属氧化物夹杂物甚至在通过低氧(按重量计<60ppm)碘化物还原的钛晶棒熔化的高纯度VAR锭中被观察到。
铸造的镍-钛合金锭和通过所述锭制成的制品可以在镍-钛合金基体中包含相对较大的非金属夹杂物。这些大的非金属夹杂物颗粒可能对镍-钛合金制品、特别是近等原子的镍-钛合金制品的疲劳寿命和表面质量有不利影响。实际上，行业标准规则上对旨在用于疲劳关键的和表面质量关键的应用(例如，致动器、可植入的支架和其他医疗设备)中的镍-钛合金中的非金属夹杂物的尺寸和面积分率实施了严格的限制。参见ASTM F 2063-12：Standard Specification for WroughtNickel-Titanium Shape Memory Alloys for Medical Devices and SurgicalImplants，其通过引用的方式并入本说明书中。因此，将镍-钛合金轧制产品中的非金属夹杂物的尺寸和面积分率最小化可能是重要的。
形成在铸造的镍-钛合金中的非金属夹杂物通常是易碎的和破裂的，并在材料的加工期间移动。非金属夹杂物在加工操作期间的破裂、伸长和运动降低了镍-钛合金中的非金属夹杂物的尺寸。然而，非金属夹杂物在加工操作期间的破裂和移动还可同时导致微观空隙的形成，这增加了主体材料中的孔隙。这种现象示于图2A和图2B中，其示意性地示出了加工对非金属夹杂物和镍-钛合金微观结构中的孔隙的反作用。图2A示出了含有非金属夹杂物10但缺乏孔隙的镍-钛合金的微观结构。图2B示出了加工对非金属夹杂物10'的作用，所述夹杂物显示出被破裂成更小的颗粒并被隔开，但其中增加的孔隙20相互连接所述更小的夹杂物颗粒。图3是示出了镍-钛合金中的非金属夹杂物和相关的孔隙空隙的实际的扫描电子显微镜(SEM)图像(以背散射电子模式500x放大倍率)。
与非金属夹杂物类似，在镍-钛合金中的孔隙可能对镍-钛合金制品的疲劳寿命和表面质量产生不利的影响。实际上，行业标准规则也对旨在用于疲劳关键的和表面质量关键的应用(例如，致动器、可植入支架等医疗设备)中的镍-钛合金中的孔隙实施了严格的限制。参见ASTM F 2063-12：Standard Specification for Wrought Nickel-TitaniumShape Memory Alloys for Medical Devices and Surgical Implants。
具体地，根据ASTM F2063-12规则，对于具有低于或等于30℃的As的近等原子的镍-钛合金而言，孔隙和非金属夹杂物的最大允许长度尺寸是39.0微米(0.0015英寸)，其中，所述长度包括邻接的颗粒和空隙以及通过空隙隔开的颗粒。此外，孔隙和非金属夹杂物不能构成镍-钛合金微观结构的大于2.8％(面积百分比)，当在视野的任意区域中以400x到500x的放大倍率观察时。这些测量可以按照ASTM E1245-03(2008)-Standard Practice for Determining theInclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by AutomaticImage Analysis(其通过引用的方式并入本说明书中)或等效的方法进行。
参考图2A和图2B，尽管加工镍-钛合金可以降低非金属夹杂物的尺寸，但是最终结果可能是增加非金属夹杂物结合孔隙的总的尺寸和面积分率。因此，满足工业标准如ASTM F 2063-12规则的严格限制的镍-钛合金材料的一致和高效的生产已被证实是镍-钛合金轧制产品的生产者的一种挑战。本说明书中所描述的方法通过提供具有改善的微观结构(包括非金属夹杂物和孔隙二者的降低的尺寸和面积分率)的镍-钛合金轧制产品满足这一挑战。例如，在各种实施方案中，通过本说明书中所描述的方法制得的镍-钛合金轧制产品符合ASTMF 2063-12标准规则的要求，仅在冷加工后进行测量。
如前所述，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法可包括冷加工和热等静压压制镍-钛合金工件。镍-钛合金工件在低于500℃的温度下(例如，在环境温度下)的冷加工，例如，有效地使非金属夹杂物破裂并沿着所施加的冷加工的方向移动，并降低在镍-钛合金工件中的非金属夹杂物的尺寸。在任何最终的热加工操作都已完成之后，冷加工可以施加至镍-钛合金工件。在一般情况下，“热加工”是指在大于材料的流动应力显著降低时的温度的温度下加工合金。针对所描述的方法如本文所用，“热加工”、“热加工的”、“热锻造”、“热轧”和类似的术语(或针对特定加工或成型技术使用的“热”)是指在大于或等于500℃的温度下加工或已经加工过的状态，视具体情况而定。
在各种实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法可包括在冷加工操作之前的热加工操作。如上所述，镍-钛合金可以使用VIM和/或VAR由镍输入材料和钛输入材料铸造而成，以产生镍-钛合金锭。铸造的镍-钛合金锭可以被热加工，以产生坯料。例如，在各种实施方案中，具有在10.0英寸至30.0英寸范围内的直径的铸造的镍-钛合金锭(工件)可以被热加工(例如，通过热旋锻)，以产生具有在2.5英寸至8.0英寸范围内的直径的坯料。镍-钛合金坯料(工件)可以是热棒轧制的，例如，以产生具有在0.218英寸至3.7英寸范围内的直径的棒料或杆料。镍-钛合金棒料或杆料(工件)可以被热拉拔，例如，以产生具有在0.001英寸至0.218英寸范围内的直径的镍-钛合金棒、杆或线。在任意的热加工操作之后，镍-钛合金轧制产品(以中间体(intermediate)形式)可以按照本说明书中描述的实施方案冷加工，以产生镍-钛合金轧制产品的最终宏观结构形式。如本文所用，相比于表示合金材料的微观晶粒结构和相位结构(包括夹杂物和孔隙度)的“微观结构”而言，术语“宏观结构”或“宏观结构的”是指合金工件或轧制产品的宏观形状和尺寸。
在各种实施方案中，可以使用包括但不限于锻造、镦粗、拉拔、轧制、挤出、皮尔格式轧制(pilgering)、摆辗、型锻、顶锻、压印和它们的组合的成型技术对铸造的镍-钛合金锭进行热加工。一个或多个热加工操作可被用于将铸造的镍-钛合金锭转变成半成品或中间轧制产品(工件)。中间轧制产品(工件)可以随后使用一个或多个的冷加工操作被冷加工成轧制产品的最终宏观结构形式。冷加工可以包括但不限于锻造、镦粗、拉拔、轧制、挤出、皮尔格式轧制、摆辗、型锻、顶锻、压印和它们中的任意组合。在各种实施方案中，镍-钛合金工件(例如，锭、坯料或其他轧制产品料形式)可以采用至少一种热加工技术被热加工，并随后使用至少一种冷加工技术被冷加工。在各种实施方案中，可在500℃至1000℃的范围或任何被包含在其中的子范围(例如，600℃至900℃和700℃至900℃)内的初始内部温度或表面温度下在镍-钛合金工件上实施热加工。在各种实施方案中，例如，可在低于500℃的初始内部温度或表面温度(例如环境温度)下在镍-钛合金制品上实施冷加工。
通过举例的方式，铸造的镍-钛合金锭可以是热锻造的以产生镍-钛合金坯料。镍-钛合金坯料可以是热棒轧制的，例如，以产生具有比为杆或棒轧制产品指定的最终直径更大的直径的镍-钛合金圆棒料。较大直径的镍-钛合金圆棒料可以是半成品的轧制产物或中间工件即随后冷拔，例如，以产生具有最终指定直径的杆或棒轧制产品。镍-钛合金工件的冷加工可以使非金属夹杂物破裂并沿拉拔方向移动，并降低工件中的非金属夹杂物的尺寸。冷加工也可以增加镍-钛合金工件中的孔隙，增加至任意因先前的热加工操作导致存在于工件中的孔隙。随后的热等静压压制操作可减少或完全消除镍-钛合金工件中的孔隙。随后的热等静压压制操作也可以同时使镍-钛合金工件再结晶和/或为所述工件提供应力消除退火。
镍-钛合金呈现出迅速的冷加工硬化，并因此可在连续的冷加工操作之后对冷加工的镍-钛合金制品进行退火。例如，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法可包括在第一冷加工操作中对镍-钛合金工件冷加工，对所述冷加工的镍-钛合金工件进行退火，在第二冷加工操作中对所述退火的镍-钛合金工件冷加工和热等静压压制所述两次冷加工的镍-钛合金工件。在所述第二冷加工操作之后和所述热等静压压制操作之前，所述镍-钛合金工件可经受至少一个额外的退火操作，以及至少一个额外的冷加工操作。在所述第一冷加工操作和所述热等静压压制操作之间的中间退火和冷加工的连续周期的数目可以通过要投入所述工件上的冷加工量与特定的镍-钛合金组成的加工硬化速率来确定。连续的冷加工操作之间的中间退火可以在700℃至900℃或750℃到850℃的范围内的温度下操作的炉子中实施。连续的冷加工操作之间的中间退火可以实施至少20秒、长至2小时或更多的炉时间，这取决于材料的尺寸和炉子的类型。
在各种实施方案中，可以实施热加工和/或冷加工操作，以产生镍-钛合金轧制产品的最终宏观结构形式，并且还可以在冷加工的工件上实施随后的热等静压压制操作，以产生镍-钛合金轧制产品的最终微观结构形式。与使用热等静压压制用于冶金粉末的整合和烧结不同，在本说明书中描述的方法中的热等静压压制的使用不会导致冷加工的镍-钛合金工件中的宏观尺寸或形状变化。
尽管不希望受理论的束缚，但据信在使所述镍-钛合金中的易碎(即，硬和非延展性)的非金属夹杂物破裂和移动、从而降低非金属夹杂物的尺寸方面，冷加工比热加工显著更有效。在加工操作期间，输入到镍-钛合金材料中的应变能引起较大的非金属夹杂物断裂成以应变的方向分散开的更小的夹杂物。在在升高的温度下的热加工期间，镍-钛合金材料的塑性流动应力是显著更低的；因此，该材料更容易围绕夹杂物流动，并且不会将尽可能多的应变输入该夹杂物中，导致断裂和移动。然而，在热加工期间，合金材料相对于夹杂物的塑性流动仍在夹杂物和镍-钛合金材料之间产生空隙空间，从而增加了材料的孔隙。另一方面，在冷加工期间，镍-钛合金材料的塑性流动应力是显著更大的，并且该材料不会那样容易地围绕夹杂物塑性地流动。因此，显著多个应变能量被输入该夹杂物中，导致断裂和移动，这显著地增加了夹杂物的断裂、移动、尺寸减小和面积减小的速率，但是也增加了形成空隙和孔隙的速率。如先前所描述的，但是，尽管对镍-钛合金的加工可以降低非金属夹杂物的尺寸和面积分率，但是最终结果可能是增加非金属夹杂物结合孔隙的总的尺寸和面积分率。
本发明人已经发现，热等静压压制热加工的和/或冷加工的镍-钛合金工件将有效地闭合(即，“愈合”)在热加工和/或冷加工操作过程中形成的合金中的孔隙。热等静压压制使合金材料在微观尺度上塑性地屈服和闭合形成镍-钛合金中的内部孔隙的空隙空间。以这种方式，热等静压压制允许镍-钛合金材料在空隙空间中的微蠕变。另外，由于孔隙空隙的内表面没有被暴露于大气中，当表面通过HIP操作的压力走到一起时形成冶金结合。这导致非金属夹杂物的尺寸和面积分率的减少，所述非金属夹杂物通过镍-钛合金原料而不是空隙空间隔开。这是用于生产符合ASTM F2063-12标准规则对在冷加工之后测量的尺寸和面积分率的要求的镍-钛合金轧制产品是特别有利的，该标准规则连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的聚集尺寸和面积分率设置了严格的限制(39.0微米(0.0015英寸)的最大允许长度尺寸)，以及2.8％的最大面积分率)。
在各种实施方案中，热等静压压制操作可以实现多种功能。例如，热等静压压制操作可以减少或消除热加工和/或冷加工的镍-钛合金中的孔隙，而热等静压压制操作可以同时使所述镍-钛合金退火，从而减轻被先前的冷加工操作诱导出的任何内部应力，并且在一些实施方案中，使所述合金重结晶以达到所期望的晶粒结构，例如，4或更大的ASTM晶粒尺寸号(G)(根据ASTM E112-12：Standard Test Methodsfor Determining Average Grain Size测量，其通过引用并入本说明书中)。在各种实施方案中，在热等静压压制之后，镍-钛合金轧制产品可以经过一个或多个精加工(finishing)操作，包括但不限于剥离、抛光、无心磨削、喷砂、酸洗、矫直、上浆、珩磨或其他表面调整操作。
在各种实施方案中，通过本说明书中所描述的方法制得的轧制产品可以包括，例如，坯料、杆、棒、管、厚板、板、片材、箔或线。
在各种实施方案中，镍输入材料和钛输入材料可以被真空电弧重熔以产生按照本说明书中所描述的实施方案被热加工和/或冷加工和热等静压压制的镍-钛合金VAR锭。镍输入材料可以包括例如电解镍或镍粉，并且钛输入材料可以选自由海绵钛、电解钛晶体、钛粉和碘化物还原钛晶棒组成的组。在镍输入材料和钛输入材料被熔合在一起以形成镍钛合金之前，镍输入材料和/或钛输入材料可以包括例如通过电子束熔炼已被精制的不太纯的形式的元素镍或元素钛。除镍和钛之外的熔合元素，如果存在的话，也可以使用在冶金领域中已知的元素输入材料加入。镍输入材料和钛输入材料(和任何其他有意的合金输入材料)可被机械地压紧在一起，以产生用于初始的VAR操作的输入电极。
通过将测定的量的镍输入材料和钛输入材料包括在用于初始的VAR操作的输入电极中，可以将初始的近等原子的镍-钛合金组合物尽可能准确地熔化至预定的组成(例如，50.8原子％(约55.8重量％)的镍、余量钛和残余杂质)。在各种实施方案中，初始的近等原子的镍-钛合金组成的精度可以通过测量VAR锭的转变温度评估，例如，通过测量合金的As、Af、Ms、Mf和Md中的至少一个。
已经观察到，镍-钛合金的转变温度在很大程度上取决于该合金的化学组成。特别是，已经观察到，镍-钛合金的NiTi相中的溶液中的镍量将强烈地影响该合金的转变温度。例如，镍-钛合金的Ms将通常随着NiTi相中增加的固溶态镍的浓度而降低；而镍-钛合金的Ms将通常随着NiTi相中降低的固溶态镍的浓度而增加。对于给定的合金组合物，镍-钛合金的转变温度被很好地表征。正因为如此，转变温度的测量以及测得的值与对应于该合金的目标化学组成的预期值的比较，可用于确定与该合金的目标化学组成的任何偏差。
可以测量VAR锭或其他中间或最终轧制产品的转变温度，例如，使用差示扫描量热法(DSC)或等效的热机械试验方法。在各种实施方案中，近等原子的镍-钛合金VAR锭的转变温度可以按照ASTM F2004-05：Standard Test Method for Transformation Temperature ofNickel-Titanium Alloys by Thermal Analysis测量，其通过引用并入本说明书中。VAR锭或其他中间或最终轧制产品的转变温度还可以，例如根据ASTM F2082-06：Standard Test Method for Determination ofTransformation Temperature of Nickel-Titanium Shape Memory Alloys byBend and Free Recovery使用弯曲自由回复(BFR)测试测量，其通过引用并入本说明书中。
当测定的转变温度偏离于针对目标合金组合物的期望的转变温度预定的规格时，初始VAR锭可以在第二VAR操作中通过镍输入材料、钛输入材料或具有已知转变温度的镍-钛母合金(master alloy)的矫正加料(corrective addition)被重新熔化。可以测量所得的第二镍-钛合金VAR锭的转变温度以确定该转变温度是否落在针对目标合金组合物的预期转变温度预定的规格内。该预定的规范可以是关于目标组合物的预期转变温度的温度范围。
如果测得的第二镍-钛VAR锭的转变温度落在预定的规格内，则所述第二VAR锭以及在必要时的随后的VAR锭可以在连续的VAR操作中通过矫正的熔合加料再熔化，直到测得的转变温度落在预定的规格内。这种重复的再熔化和熔合实践实现了对近等原子的镍-钛合金组成和相变温度的准确和精确控制。在各种实施方案中，Af、As和/或Ap被用于重复地重新熔化和熔合近等原子的镍-钛合金(奥氏体峰温度(AP)是镍-钛形状记忆或超弹性的合金展示出由马氏体相变至奥氏体的最高速率时的温度，参见ASTM F 2005-05：StandardTerminology for Nickel-Titanium Shape Memory Alloys，其通过引用并入本说明书中)。
在各种实施方案中，钛输入材料和镍输入材料可以被真空感应熔化，以产生镍-钛合金，并且所述镍-钛合金的锭可以由VIM熔体铸造而成。所述VIM铸锭可以按照本说明书中描述的实施方案被热加工和/或冷加工和热等静压压制。镍输入材料可以包括例如电解镍或镍粉，并且钛输入材料可以选自由海绵钛、电解钛晶体、钛粉和碘化物还原钛晶棒组成的组。可以将镍输入材料和钛输入材料装入VIM坩埚中，熔化在一起，并被铸造成初始的VIM锭。
通过将测定的量的镍输入材料和钛输入材料包括在至VIM坩埚的装料中，可以将初始的近等原子的镍-钛合金组合物尽可能准确地熔化至预定的组成(例如，50.8原子％(大约55.8重量％)的镍、钛和残余杂质)。在各种实施方案中，初始的近等原子的镍-钛合金组成的精度可以通过测量VIM锭或其它中间或最终轧制产品的转变温度评估，如上文针对使用VAR制备的镍钛合金所述的那样。如果测得的转变温度落在预定的规格之外，则初始的VIM锭以及在必要时的随后的VIM锭或其它中间或最终轧制产品可以在连续的VIM操作中通过矫正的熔合加料再熔化，直到测得的转变温度落在预定的规格内。
在各种实施方案中，可以使用一个或多个VIM操作和一个或多个VAR操作的组合生产镍-钛合金。例如，镍-钛合金锭可以使用VIM操作由镍输入材料和钛输入材料制备以制备初始锭，所述初始锭然后在VAR操作中被重熔。当其中多个VIM锭被用于构造VAR电极时，还可以使用绑定的VAR操作。
在各种实施方案中，镍-钛合金可以包含45.0原子％至55.0原子％的镍、余量钛和残余杂质。镍-钛合金可以包含45.0原子％至56.0原子％的镍或任何被包含在其中的子范围(例如，49.0原子％至52.0原子％)的镍。镍-钛合金也可包含50.8原子％的镍(±0.5、±0.4、±0.3、±0.2或±0.1原子％的镍)、余量钛和残余杂质。镍-钛合金也可包含55.04原子％的镍(±0.10、±0.05、±0.04、±0.03、±0.02或±0.01原子％的镍)、余量钛和残余杂质。
在各种实施方案中，镍-钛合金可以包含50.0重量％至60.0重量％的镍、余量钛和残余杂质。镍-钛合金可以包含50.0重量％至60.0重量％的镍或任何被包含在其中的子范围(例如，54.2重量％至57.0重量％)的镍。镍-钛合金可以包含55.8％重量的镍(±0.5、±0.4、±0.3、±0.2或±0.1％重量的镍)、余量钛和残余杂质。镍-钛合金可以包含54.5％重量的镍(±2、±1、±0.5、±0.4、±0.3、±0.2或±0.1重量％的镍)、余量钛和残余杂质。
在本说明书中描述的各种实施方案也适用于形状记忆或超弹性镍-钛合金，所述合金包括至少一种除镍和钛之外的熔合元素，例如，铜、铁、钴、铌、铬，铪、锆、铂和/或钯。在各种实施方案中，形状记忆或超弹性镍-钛合金可包括镍、钛、残余杂质和1.0原子％至30.0原子％的至少一种其他合金元素，例如、铜、铁、钴、铌、铬、铪、锆、铂和钯。例如，形状记忆或超弹性镍-钛合金可包括镍、钛、残余杂质和5.0原子％至30.0原子％的铪、锆、铂、钯或它们的任意组合。在各种实施方案中，形状记忆或超弹性镍-钛合金可包括镍、钛、残余杂质和1.0原子％至5.0原子％的铜、铁、钴、铌、铬、或它们的任意组合。
下列非限制性和非详尽实施例意在进一步描述各种非限制性和非详尽实施方案，而不限制本说明书中描述的实施方案的范围。
实施例
实施例1：
将0.5英寸直径的镍-钛合金棒切割成七(7)条样品。将切片分别如表1所示的那样进行处理。
表1
样品号 处理
1 无
2 HIP’ed:800℃；15,000psi；2小时
3 HIP’ed:850℃；15,000psi；2小时
4 HIP’ed:900℃；15,000psi；2小时
5 HIP’ed:800℃；45,000psi；2小时
6 HIP’ed:850℃；45,000psi；2小时
7 HIP’ed:900℃；45,000psi；2小时
在热等静压压制处理之后，将样品2-7分别在样品的近似中心线处纵向切片，以产生用于扫描电子显微镜(SEM)的样品。样品1如接收时原样地被纵向切开，没有任何热等静压压制处理。按照ASTM E1245-03(2008)-Standard Practice for Determining theInclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by AutomaticImage Analysis测量连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的最大尺寸和面积分率。使用SEM以背散射电子模式检查全纵向的横截面。对与每个切片样品而言，含有连续的非金属夹杂物和孔隙的三个最大可见区域的SEM场以500倍的放大倍率进行成像。图像分析软件用来测量在每个切片样品的三个SEM图像中的非金属夹杂物和孔隙的最大尺寸和面积分率。结果列于表2和表3。
表2
表3
结果表明，热等静压压制操作总体上降低了非金属夹杂物和孔隙的组合的尺寸和面积分率。热等静压压制的镍-钛合金棒总体上满足ASTM F 2063-12标准规则的要求(39.0微米(0.0015英寸)的最大允许长度尺寸，和2.8％的最大面积分率)。图4B-4G与图4A的比较表明，热等静压压制操作减少了并且在某些情况下消除了镍-钛合金棒中的孔隙。
实施例2：
将0.5英寸直径的镍-钛合金棒切割成七(7)条样品。将样品分别如表4所示的那样进行处理。
表4
样品号 处理
1 无
2 HIP’ed:800℃；15,000psi；2小时
3 HIP’ed:850℃；15,000psi；2小时
4 HIP’ed:900℃；15,000psi；2小时
5 HIP’ed:800℃；45,000psi；2小时
6 HIP’ed:850℃；45,000psi；2小时
7 HIP’ed:900℃；45,000psi；2小时
在热等静压压制处理之后，将样品2-7分别在样品的近似中心线处纵向切片，以产生用于扫描电子显微镜(SEM)的样品。样品1如接收时原样地被纵向切开，没有任何热等静压压制处理。按照ASTM E1245-03(2008)-Standard Practice for Determining theInclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by AutomaticImage Analysis测量连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的最大尺寸和面积分率。使用SEM以背散射电子模式检查全纵向的横截面。对与每个切片样品而言，含有连续的非金属夹杂物和孔隙的三个最大可见区域的SEM场以500倍的放大倍率进行成像。图像分析软件用来测量在每个切片样品的三个SEM图像中的非金属夹杂物和孔隙的最大尺寸和面积分率。结果列于表5和表6。
表5
表6
结果表明，热等静压压制操作总体上降低了非金属夹杂物和孔隙的组合的尺寸和面积分率。热等静压压制的镍-钛合金棒总体上满足ASTM F 2063-12标准规则的要求(39.0微米(0.0015英寸)的最大允许长度尺寸，和2.8％的最大面积分率)。图5B-5G与图5A的比较表明，热等静压压制操作减少了并且在某些情况下消除了镍-钛合金棒中的孔隙。
实施例3：
将0.5英寸直径的镍-钛合金棒在900℃和15,000psi下热等静压压制2小时。将热等静压压制棒纵向切片，以产生八(8)个用于扫描电子显微镜(SEM)的纵向样品切片。按照ASTM E1245-03(2008)-Standard Practice for Determining the Inclusion or Second-PhaseConstituent Content of Metals by Automatic Image Analysis测量连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的最大尺寸和面积分率。使用SEM以背散射电子模式对八个纵向横截面中的每一个进行检查。对与每个样品切片而言，含有连续的非金属夹杂物和孔隙的三个最大可见区域的SEM场以500倍的放大倍率进行成像。图像分析软件用来测量在每个样品切片的三个SEM图像中的非金属夹杂物和孔隙的最大尺寸和面积分率。结果列于表7。
表7
结果表明，热等静压压制的镍-钛合金棒总体上满足ASTM F2063-12标准规则的要求(39.0微米(0.0015英寸)的最大允许长度尺寸，和2.8％的最大面积分率)。图6A-6H的研究表明，热等静压压制操作消除了镍-钛合金棒中的孔隙。
实施例4：
两(2)个4.0英寸直径的镍-钛合金坯料(坯料-A和坯料-B)分别被切成两(2)个更小的坯料，以产生总共四(4)个坯料样品：A1、A2、B1和B2。将切片分别如表8所示的那样进行处理。
表8
坯料样品 处理(坯料-A)
A1 无
A2 HIP’ed:900℃；15ksi；2小时
B1 无
B2 HIP’ed:900℃；15ksi；2小时
在热等静压压制处理之后，将样品A2和B2分别在切片的近似中心线处纵向切片，以产生用于扫描电子显微镜(SEM)的样品。样品A1和B1如接收时原样地被纵向切开，没有任何热等静压压制处理。按照ASTM E1245-03(2008)-Standard Practice for Determining theInclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by AutomaticImage Analysis测量连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的最大尺寸和面积分率。使用SEM以背散射电子模式检查全纵向的横截面。对与每个切片样品而言，含有连续的非金属夹杂物和孔隙的三个最大可见区域的SEM场以500倍的放大倍率进行成像。图像分析软件用来测量在每个切片样品的三个SEM图像中的非金属夹杂物和孔隙的最大尺寸和面积分率。结果列于表9。
表9
结果表明，热等静压压制操作总体上降低了非金属夹杂物和孔隙的组合的尺寸和面积分率。图7A和图7C与图7B和图7D的比较，分别显示了热等静压压制操作减少了并在某些情况下消除了镍-钛合金坯料中的孔隙。
实施例5：
镍-钛合金锭被热锻造、热轧和冷拉拔以产生0.53英寸直径的棒。将所述镍-钛合金棒热在900℃和15,000psi下等静压压制2小时。将所述热等静压压制的棒纵向切片，以产生用于扫描电子显微镜(SEM)的五(5)个纵向样品切片。按照ASTM E1245-03(2008)-StandardPractice for Determining the Inclusion or Second-Phase ConstituentContent of Metals by Automatic Image Analysis测量连续的非金属夹杂物和孔隙空隙的最大尺寸和面积分率。使用SEM以背散射电子模式检查全纵向的横截面。对与每个样品切片而言，含有连续的非金属夹杂物和孔隙的三个最大可见区域的SEM场以500倍的放大倍率进行成像。图像分析软件用来测量在每个样品切片的三个SEM图像中的非金属夹杂物和孔隙的最大尺寸和面积分率。结果列于表10。
表10
结果表明，所述冷拉拔和热等静压压制的镍-钛合金棒总体上满足ASTM F 2063-12标准规则的要求(39.0微米(0.0015英寸)的最大允许长度尺寸，以及最大面积分率2.8％)。图6A-6H的研究表明，热等静压压制操作消除了镍-钛合金棒中的孔隙。
本说明书通过参考各种非限制性和非详尽实施方案编写。然而，本领域的普通技术人员应认识到，可在本说明书的范围内对任何公开的实施方案(或其部分)作出各种替换、修改或组合。因此，应预期并理解，本说明书支持本文未明确阐述的其他实施方案。例如通过组合、修改或重新组织本说明书中描述的各种非限制性实施方案的任何公开步骤、组件、元素、特点、方面、特征、限制等可以获得这样的实施方案。以这种方式，申请人保留在执行过程中修订本权利要求书的权利，以添加本说明书中不同描述的特点，并且这样的修订符合35U.S.C.§§112(a)和132(a)。

Claims (28)

1.一种用于生产镍-钛轧制产品的方法，其包括：
在大于或等于500℃的温度下热锻造镍-钛合金锭以产生镍-钛合金坯料；
在大于或等于500℃的温度下热棒轧所述镍-钛合金坯料以产生镍-钛合金工件；
在低于500℃的温度下将所述镍-钛合金工件冷拉拔以产生镍-钛合金棒；和
在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至50,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述冷加工的镍-钛合金棒热等静压压制至少0.25小时。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在于800℃至950℃范围内的温度和10,000psi至17,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)至少1.0小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在于600℃至900℃范围内的初始工件温度下独立地实施所述热锻造和所述热棒轧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在环境温度下冷拉拔所述镍-钛合金工件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法生产出满足ASTMF 2063-12的尺寸和面积分率要求的棒轧制产品。
6.一种用于生产镍-钛轧制产品的方法，其包括：
在大于或等于500℃的温度下热加工镍-钛合金工件；
在低于500℃的温度下冷加工所述热加工的镍-钛合金工件；和
在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至50,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述冷加工的镍-钛合金工件热等静压压制至少0.25小时。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在于800℃至950℃范围内的温度和10,000psi至17,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)至少1.0小时。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在于600℃至900℃范围内的初始工件温度下独立地实施所述热加工。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法生产出满足ASTM F 2063-12的尺寸和面积分率要求的棒轧制产品。
11.一种用于生产镍-钛轧制产品的方法，其包括：
在低于500℃的温度下冷加工镍-钛合金工件；和
热等静压压制所述冷加工的镍-钛合金工件。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在低于100℃的温度下冷加工所述镍-钛合金工件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述冷加工包括至少一种选自由锻造、镦粗、拉拔、轧制、挤出、皮尔格式轧制、摆辗、型锻、顶锻、压印和它们的任意组合组成的组的冷加工技术。
15.根据权利要求11所述的方法，其包括：
在第一冷加工操作中，在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件；
将所述冷加工的镍-钛合金工件退火；
在第二冷加工操作中，在环境温度下冷加工所述镍-钛合金工件；和
热等静压压制两次冷加工的镍-钛合金工件。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括，在所述第二冷加工操作之后和所述热等静压压制之前，使所述镍-钛合金工件经受：
至少一个额外的中间退火操作；和
至少一个额外的在环境温度下的冷加工操作。
17.根据权利要求15所述的方法，其中在于700℃至900℃范围内的温度下将所述镍-钛合金工件退火。
18.根据权利要求15所述的方法，其中将所述镍-钛合金工件退火至少20秒炉时间。
19.根据权利要求11所述的方法，其中在于700℃至1000℃范围内的温度和3,000psi至50,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)至少0.25小时。
20.根据权利要求11所述的方法，其中在于800℃至1000℃范围内的温度和7,500psi至20,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)。
21.根据权利要求11所述的方法，其中在于800℃至950℃范围内的温度和10,000psi至17,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)。
22.根据权利要求11所述的方法，其中在于850℃至900℃范围内的温度和12,000psi至15,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)。
23.根据权利要求11所述的方法，其中在于800℃至1000℃范围内的温度和7,500psi至20,000psi范围内的压力下操作的HIP炉中，将所述镍-钛合金工件热等静压压制(HIP)至少2.0小时。
24.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在所述冷加工之前热加工所述镍-钛合金工件。
25.根据权利要求24的方法，其中在于600℃至900℃的范围内的初始工件温度下实施所述热加工。
26.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法生产出选自由坯料、棒、杆、线、管、厚板、板和片材组成的组的轧制产品。
27.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述冷加工降低了所述镍-钛合金工件中的非金属夹杂物的尺寸和面积分率；和
所述热等静压压制减少了所述镍-钛合金工件中的孔隙。
28.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法生产出满足ASTM F 2063-12的尺寸和面积分率要求的轧制产品。
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