CN109047348B - 一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，包括以下步骤：步骤一、将镍钛丝材热拉拔至成品丝材截面积的1/(70±10％)的特定尺寸；步骤二、在室温下对特定尺寸的丝材进行0‑30％的变形量进行半成品冷拉拔，再在液氮冷却下进行10‑40％的变形量的成品冷拉拔；步骤三、成品冷拉拔后的镍钛丝材在350‑550℃进行在线矫直，矫直速度20‑40m/min，获得低弹性模量超弹性镍钛合金丝材。通过本发明加工方法可高效率加工得到低弹性模量超弹性镍钛丝材，丝材7％加载应变残余小于0.3％，弹性模量降低约20％，具有优良的超弹性和更好的柔度，适合加工医疗用镍钛合金丝材。

Description

一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法
技术领域
本发明涉及合金丝材加工技术领域，具体为一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法。
背景技术
镍钛形状记忆合金由于具有形状记忆效应以及与之相关的超弹性，其应用范围已涉及航天、航空、建筑、生物医学及日常生活等领域，特别是在生物医学领域得到了广泛的应用,特别是镍钛形状记忆合金的超弹特性被广泛地应用在生物医学中用于制备各种医疗机械。
采用超弹性镍钛合金丝材加工医疗器械不仅需要考虑其在使用过程中的材料性能，而且需要考虑在某种材料性能下患者的舒适度或医生操作的难易程度，更多情况下与镍钛合金的柔度有关。为了使得镍钛合金具有良好的柔性，发明了含铜的多元镍钛合金或者采用了对超弹性的镍钛合金进行长时间低温时效的方法。然而，含铜的多元镍钛合金塑性加工性能差以及与二元镍钛合金的差别，并没有大批量应用，对超弹性镍钛合金进行长时间低温时效则或导致材料疲劳寿命的降低，在具有近似平台应力的情况下，减小镍钛合金的弹性模量能够使其表现出良好的柔度，使得镍钛合金的使用更舒适、更方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，使得镍钛合金不仅具有7％加载应变残余小于0.3％的优良超弹性，而且其弹性模量降低约20％，具有更好的柔度、生产流程短、生产效率高等优点。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，采用对镍钛合金进行热拉拔、室温冷拉拔、液氮冷却冷拉拔和在线矫直的方法，包括以下步骤：
步骤一、将镍钛丝材热拉拔至成品丝材截面积的1/(70±10％)的特定尺寸；
步骤二、在室温下对特定尺寸的丝材进行0-30％的变形量进行半成品冷拉拔，再在液氮冷却下进行10-40％的变形量的成品冷拉拔；
步骤三、成品冷拉拔后的镍钛丝材在350-550℃进行在线矫直，矫直速度20-40m/min，获得低弹性模量超弹性镍钛合金丝材。
进一步的，步骤二中所述液氮冷却包括对半成品丝材和加工模具进行冷却。
进一步的，所述的加工方式不局限于拉拔、轧制、旋锻或挤压。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过综合冷拉拔变形和热处理获得镍钛合金良好超弹性能的基础上，对加工硬化阶段的镍钛合金进行了部分或完全液氮冷却下的塑性变形，液氮的温度远远低于目前常用镍钛合金的马氏体转变终了温度，从而在加工过程中不仅对镍钛合金的奥氏体进行加工硬化及晶粒破碎，而且对其马氏体相也进行了加工硬化及晶粒破碎，这与常规的镍钛合金在常温下的冷拉拔是完全不同的，造成这种不同点正是利用了镍钛合金在不同温度下发生的相变，在同一被加工丝材中，对其在不同相下进行的加工使得镍钛合金能够在更宽的热处理温度范围内快速热处理后具有优良的超弹性和更低的弹性模量，即具有良好的柔度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
生产Φ0.60±0.01mm的低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，首先将镍钛合金丝材热拉拔至Φ0.77±0.01mm，然后在室温下进行冷拉拔，从Φ0.77±0.01mm冷拉拔至Φ0.64±0.01mm，室温冷拉拔变形量为30％，再在液氮冷却下进行冷拉拔，从Φ0.64±0.01mm冷拉拔至Φ0.60±0.01mm，液氮冷却下冷拉拔变形量为10％，Φ0.60±0.01mm的镍钛合金丝材在350℃进行矫直，矫直速度35m/min。得到低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，7％应变加载残余应变为0.25％(＜0.3％)，弹性模量为40GPa，小于常规冷加工+热处理的62GPa。
实施例2：
生产Φ1.20±0.01mm的低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，首先将镍钛合金丝材热拉拔至Φ1.34±0.01mm，室温下进行冷拉拔变形量为0(即不进行室温冷拉拔)，在液氮冷却下从Φ1.34±0.01mm冷拉拔至Φ1.20±0.01mm，液氮冷却下冷拉拔变形量为20％，Φ1.20±0.01mm的镍钛合金丝材在550℃进行矫直，矫直速度20m/min，得到低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，7％应变加载残余应变为0.19％(＜0.3％)，弹性模量为42GPa，小于常规冷加工+热处理的62GPa。
实施例3：
生产Φ0.50±0.01mm的低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，首先将镍钛合金丝材热拉拔至Φ0.65±0.01mm，室温下进行冷拉拔变形量为0(即不进行室温冷拉拔)，在液氮冷却下从Φ0.65±0.01mm冷拉拔至Φ0.50±0.01mm，液氮冷却下冷拉拔变形量为40％，Φ0.50±0.01mm的镍钛合金丝材在350℃进行矫直，矫直速度40m/min，得到低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，7％应变加载残余应变为0.20％(＜0.3％)，弹性模量为42GPa，小于常规冷加工+热处理的62GPa。
实施例4：
生产Φ0.70±0.01mm的低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，首先将镍钛合金丝材热拉拔至Φ0.90±0.01mm，然后在室温下进行冷拉拔，从Φ0.90±0.01mm冷拉拔至Φ0.78±0.01mm，室温冷拉拔变形量为25％，再在液氮冷却下进行冷拉拔，从Φ0.78±0.01mm冷拉拔至Φ0.70±0.01mm，液氮冷却下冷拉拔变形量为20％，Φ0.70±0.01mm的镍钛合金丝材在370℃进行矫直，矫直速度30m/min，得到低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，7％应变加载残余应变为0.25％(＜0.3％)，弹性模量为40GPa，小于常规冷加工+热处理的62GPa。
实施例5：
生产Φ1.00±0.01mm的低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，首先将镍钛合金丝材热拉拔至Φ1.30±0.01mm，然后在室温下进行冷拉拔，从Φ1.30±0.01mm冷拉拔至Φ1.25±0.01mm，室温冷拉拔变形量为10％，再在液氮冷却下进行冷拉拔，从Φ1.25±0.01mm冷拉拔至Φ1.00±0.01mm，液氮冷却下冷拉拔变形量为35％，Φ1.00±0.01mm的镍钛合金丝材在400℃进行矫直，矫直速度30m/min，得到低弹性模量超弹性镍钛合金丝材，7％应变加载残余应变为0.25％(＜0.3％)，弹性模量为40GPa，小于常规冷加工+热处理的62GPa。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将镍钛丝材热拉拔至成品丝材截面积的1/(70±10％)的特定尺寸；
步骤二、在室温下对特定尺寸的丝材进行0-30％的变形量进行半成品冷拉拔，再在液氮冷却下进行10-40％的变形量的成品冷拉拔；
步骤三、成品冷拉拔后的镍钛丝材在350-550℃进行在线矫直，矫直速度20-40m/min，获得低弹性模量超弹性镍钛合金丝材。
2.根据权利要求1所述的一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，其特征在于：步骤二中所述液氮冷却包括对半成品丝材和加工模具进行冷却。
3.根据权利要求1所述的一种低弹性模量超弹性镍钛合金丝材加工方法，其特征在于：所述的加工方法为拉拔、轧制、旋锻或挤压。
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