CN108085563A

CN108085563A - 一种高温钛镍基四元记忆合金

Info

Publication number: CN108085563A
Application number: CN201711365576.8A
Authority: CN
Inventors: 杨宏进; 杨晓康; 罗斌莉; 王海; 魏芬绒; 金旭丹; 毛江虹
Original assignee: XI'AN SAITE SIMAI TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: XI'AN SAITE SIMAI TITANIUM INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2018-05-29

Abstract

本发明公开了一种高温钛镍基四元记忆合金，高温钛镍基四元记忆合金Ni元素的原子百分比为48％‑50％，Hf元素的原子百分比为5％‑20％，Si元素的原子百分比为0.10％‑0.30％，余量为钛和杂质，杂质中各元素总的原子百分比≤0.20％，且碳元素的原子百分比≤0.05％、氮元素和氧元素的原子百分比≤0.05％、氢元素的原子百分比为≤0.01％；本发明突破了现有使用温度区间的限制，可控制在Af：100℃～300℃之间(富钛的Ti‑Ni‑Hf合金，无法通过时效提高相变温度，Hf含量较低，相变温度无法达到300℃以上)，且成本较低，加工性好，记忆性能好。

Description

一种高温钛镍基四元记忆合金

【技术领域】

本发明是涉及钛镍合金加工技术领域，具体涉及一种高温钛镍基四元记忆合金。

【背景技术】

近等原子比钛镍Ti-Ni合金(48at％～52at％Ni)相变温度Ms在-20℃～100℃之间，通常只能在低于100℃的温度以下使用，限制了其应用领域。为了满足高温条件下的应用，如防火装置，高温驱动、过热报警等，必须提高相变温度，常加入Au，Pt，Pd，Hf和Zr等第三种元素形成三元合金。

其中用铪(Hf)替代与其同周期的Ti得到的Ti-Ni-Hf合金在价格、加工性能、记忆性能等综合方面较Ti-Ni-Au、Ti-Ni-Pt、Ti-Ni-Pd及Ti-Ni-Zr等三元合金具有明显优势，因此，Ti-Ni-Hf合金备受关注，并得到广泛研究。

但Ti-Ni-Hf高温记忆合金相变温度调节区间小，基体强度较低，记忆性能相对二元Ti-Ni记忆合金相差很大等缺点。提高合金的相变温度和形状记忆效应是当前Ti-Ni基高温形状记忆合金研究的重点和难点。为解决该问题，目前主要方法有：时效强化以及合金化。

时效处理对富Ni合金即Ni含量超过50at％的Ti-Ni-Hf合金作用明显，其目的是提高时效态合金的相变温度；对于富钛的合金，即Ni含量不超过50at％的合金，一般通过进一步合金化提高记忆性能，在合金化方面，国内外先后开发了 Ti-Ni-Hf-Cu，Ti-Ni-Hf-Sn，Ti-Ni-Hf-Zr、Ti-Ni-Hf-Nb等四元合金。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种种高温钛镍基四元记忆合金，以解决近等原子比钛镍Ti-Ni合金(48at％～52at％Ni)相变温度低，应用领域窄的问题。

本发明采用以下技术方案：一种高温钛镍基四元记忆合金，高温钛镍基四元记忆合金Ni元素的原子百分比为48％-50％，Hf元素的原子百分比为5％-20％， Si元素的原子百分比为0.10％-0.30％，余量为钛和杂质，杂质中各元素总的原子百分比≤0.20％，且碳元素的原子百分比≤0.05％、氮元素和氧元素的原子百分比≤0.05％、氢元素的原子百分比为≤0.01％。

进一步地，Si元素以钛硅TiSi合金形式加入。

本发明另一种技术方案：一种高温钛镍基四元记忆合金的制造方法，以海绵钛、海绵铪、电解镍、钛硅中间合金为原料，通过压制、焊接制备合金成分均匀分布电极杆，经真空自耗电弧熔炼炉熔炼二次或二次以上成铸锭，依次经锻造、轧制、热处理加工工序得出高温钛镍基四元记忆合金。

本发明的领一种技术方案：一种将高温钛镍基四元记忆合金用于高温元器件的生产的用途。

本发明的有益效果是：本发明突破了现有使用温度区间的限制，可控制在 Af：100℃～300℃之间(富钛的Ti-Ni-Hf合金，无法通过时效提高相变温度，Hf 含量较低，相变温度无法达到300℃以上)，且成本较低，加工性好，记忆性能好。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种高温钛镍基四元记忆合金，高温钛镍基四元记忆合金Ni 元素的原子百分比为48％-50％，避免富镍析出，虽然析出相这可以大大提高相变温度，但会使合金明显变脆，影响加工性能。Hf元素的原子百分比为5％-20％，较低的铪Hf对提高相变温度不明显，过高的铪成本会增加，同时影响合金的加工性能。Si元素的原子百分比为0.10％-0.30％，目的是析出硅化物颗粒而达到弥散强化基体的效果。余量为钛和杂质，杂质中各元素总的原子百分比≤0.20％，且碳元素的原子百分比≤0.05％、氮元素和氧元素的原子百分比≤0.05％、氢元素的原子百分比为≤0.01％。Si元素以钛硅TiSi合金形式加入。

本发明的高温钛镍基四元记忆合金具有100度以上高温相变温度、加工性好，记忆性能好，是一种新型高温钛镍合金材料。在现有Ti-Ni-Hf系列合金的基础上，加入少量的Si元素替代Ti，Si与Ti，Hf可形成Ti₂HfSi₃和Ti₂HfSi等硅化物沉淀相，这些硅化物颗粒以弥散点状的微粒形式析出，阻碍蠕变滑移，形成“钉扎”作用，从而提高了位错滑移临界应力，达到弥散强化的效果从而提高记忆性能。

本发明的高温钛镍基四元记忆合金打破了现有钛镍合金的相变温度区间限制，可控制其相变点在100℃～300℃之间，成本较低，加工性好，记忆性能好。本发明高温钛镍基四元记忆合金的应用可以是板、棒、丝材，以及这些材料的机加件或元件。

本发明还公开了一种高温钛镍基四元记忆合金的制造方法，以海绵钛、海绵铪、电解镍、钛硅中间合金为原料，通过压制、焊接制备合金成分均匀分布电极杆，经真空自耗电弧熔炼炉熔炼二次或二次以上成铸锭，依次经锻造、轧制、热处理加工工序得出高温钛镍基四元记忆合金。

本发明还公开了一种将高温钛镍基四元记忆合金用于高温元器件的生产的用途。该高温钛镍基四元记忆合金材料具有好的冷成形性，可应用于高温元器件的生产。

实施例1：

采用海绵钛、海绵铪、电解镍、钛硅合金为原料，按名义成分Ti_35.85Ni₄₉Hf₁₅Si_0.15(原子百分比at％)配制合金料。合金料经混料后压制成电极块，用真空等离子焊接方法将电极块焊接成自耗电极。真空自耗电弧熔炼炉三次熔炼成Φ360mm的钛合金铸锭。铸锭经930℃保温2h开坯锻造，二火次锻成120*120*L的方棒。热轧在250横列式上进行，热轧工艺为870℃保温40min后，由120*120*L的方棒多火次轧制出Φ9.0mm的轧条，轧条经过扒皮、拉拔工序制备成3.0mm丝材。

该丝材830℃保温30min水淬，固溶处理后，测量其相变温度， Af＝227℃,As＝212℃,Ms＝179℃,Af＝147℃；与文献报告的Ti₃₆Ni₄₉Hf₁₅相变温度 Af＝234℃,As＝218℃,Ms＝184℃,Af＝152℃相比，仅降低了5℃左右，说明微量 Si元素的加入对相变温度影响不大，记忆性能的重要指标相变温度是稳定的。

该丝材经500℃记忆处理后，测量其恢复应变率，其最大可回复应变为5.7％，接近Ti₃₆Ni₄₁Hf₁₅Cu₈最大6.1％的报告，与二元合金8％的最大可恢复应变接近，较文献提供的Ti₃₆Ni₄₉Hf₁₅最大可恢复应变3.4％有明显提高。

由于本发明的合金是属于富钛TiNiHf基高温记忆合金，本身加工性能较富镍的TiNiHf要好，少量Si的加入对加工性能影响不大，但明显提高了记忆性能。

实施例2：

采用实施例1制备的TiNiHfSi丝材，制备出高温压弹簧，其弹簧参数如下：

弹簧中径：27mm，材料直径：3mm，弹簧节距：15mm，有效圈数：12.5，自由高度：192mm。

该弹簧经500度记忆处理后，热循环5次后，相变温度趋于稳定，Af’＝202℃, 较本证相变温度Af＝227℃下降了25℃。

弹簧力测试数据如下：

室温压紧状态所需外力为0.4kgs；在202℃以上温度，当压下量为20mm时，其载重力可达3.7kg，载重差为3.3kg。

Claims

1.一种高温钛镍基四元记忆合金，其特征在于，所述高温钛镍基四元记忆合金Ni元素的原子百分比为48％-50％，Hf元素的原子百分比为5％-20％，Si元素的原子百分比为0.10％-0.30％，余量为钛和杂质，所述杂质中各元素总的原子百分比≤0.20％，且所述碳元素的原子百分比≤0.05％、氮元素和氧元素的原子百分比≤0.05％、氢元素的原子百分比为≤0.01％。

2.如权利要求1所述的一种高温钛镍基四元记忆合金，其特征在于，所述Si元素以钛硅TiSi合金形式加入。

3.一种高温钛镍基四元记忆合金的制造方法，其特征在于，以海绵钛、海绵铪、电解镍、钛硅中间合金为原料，通过压制、焊接制备合金成分均匀分布电极杆，经真空自耗电弧熔炼炉熔炼二次或二次以上成铸锭，依次经锻造、轧制、热处理加工工序得出高温钛镍基四元记忆合金。

4.一种将高温钛镍基四元记忆合金用于高温元器件的生产的用途。