CN109468519A - 屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料 - Google Patents

屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于钛硅铕形状记忆合金及其生产方法技术领域，更具体地，涉及一种屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料。其生产方法包括以下步骤：1)生产钛硅铕形状记忆合金材料；2)将步骤1)得到的钛硅铕形状记忆合金材料依次经过热处理、淬火和回火处理，再冷却和去除表面氧化铁皮，生产得到钛硅铕形状记忆合金。制备得到的钛硅铕形状记忆合金的力学性能达到屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥19％，洛氏硬度HRC＞450，在48℃以下时候本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，48℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，该产品完全满足驱动汽缸的制造需要。

Description

屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、 应用和材料
技术领域
本发明属于钛硅铕形状记忆合金及其生产方法技术领域，更具体地，涉及一种屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料。
背景技术
形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有50多种。在机械制造领域内的应用有很多成功的范例，比如在机械制造过程中，各种冲压和机械操作常需将零件从一台机器转移到另一台机器上，现在利用形状记忆合金开发了一种取代手动或液压夹具，这种装置叫驱动汽缸，它具有效率高灵活，装夹力大等特点。这种驱动汽缸需要承载巨大的推动压力，并且要具备较高的耐磨损性能，因此急需开发一种屈服强度大于 800MPa的钛硅铕形状记忆合金。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何在保证形状记忆合金具备形状记忆转变功能的同时最大限度的提高其机械强度，同时要具备较高的耐磨损性能，制备得到屈服强度大于800MPa且耐磨损的形状记忆合金，从而提供了一种屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金及其生产方法、应用和材料。
本发明所提供的技术方案如下：
一种钛硅铕形状记忆合金材料，其化学成份按重量百分比计为：Ti：37～ 40％，Si：39～45％，Eu：15～24％，其余为少量不可避免的杂质。
上述技术方案中，Ti(40～43％)、Si(35～39％)、Eu(18～25％)以上述比例高能粒子束熔炼成合金，Eu能促使Ti和Si之间剧烈反应转变形成了硬度很高的细小板条状马氏体组织，从而实现其形状记忆合金的高强度和高硬度的力学性能，可进一步作为生产高屈服强度的钛硅铕形状记忆合金的原料。
本发明还提供了一种钛硅铕形状记忆合金的生产方法，包括以下步骤：
1)生产本发明所提供的所述的钛硅铕形状记忆合金材料；
2)将步骤1)得到的钛硅铕形状记忆合金材料依次经过热处理、淬火和回火处理，再冷却和去除表面氧化铁皮，生产得到钛硅铕形状记忆合金。
基于上述技术方案，制备得到的钛硅铕形状记忆合金的力学性能达到屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥19％，洛氏硬度 HRC＞450，在48℃以下时候本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，48℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，该产品完全满足驱动汽缸的制造需要。
具体的，步骤2)中，热处理过程为：在纯度为99.90～99.99％的氪气中对钛硅铕形状记忆合金材料进行整体热处理，热处理温度为1620～1630℃，加热时间为1.6～1.7h。
上述技术方案中，采用高纯度氪气加热对钛硅铕形状记忆合金进行整体热处理，可在记忆合金中形成细小的板条状纳米等级原奥氏体，有利于合金强度的提高以及耐磨性的提升。
具体的，步骤2)中，淬火的过程为：含有玛瑙颗粒的全氟代烷烃液体中进行淬火，其中玛瑙颗粒直径为100～110nm，冷却速度为170～180℃/s，淬火时间控制为11～13s。
上述技术方案中，采用含有玛瑙颗粒的全氟代烷烃液体进行淬火，一方面可利用玛瑙颗粒去除形状记忆合金表面的氧化皮，提高产品的表面质量；另一方面，在高温下的玛瑙颗粒可撞击记忆合金表面从而形成更强的表面硬化层提高合金整体强度；再一方面，全氟代烷烃液体可在保证与合金不反应保证极高纯度的条件下的细化马氏体尺寸获得板条状组织，从而获得较好的强度和耐磨性能。
具体的，步骤2)中，回火的过程为：将洁净的钛硅铕形状记忆合金材料在纯度为99.90～99.99％的氡气中进行回火，回火温度为330～340℃，回火时间为35～40s。
上述技术方案中，在高纯氡气中进行回火，可促进奥氏体向板条状马氏体转变，减少残余奥氏体量最大限度提升其强度，同时还能促进马氏体和奥氏体之间的转变速度，还能提升形状记忆合金的耐磨性能。
具体的，步骤1)中，钛硅铕形状记忆合金材料的生产方法包括以下步骤：
a)按照配方的量混合金料，在真空室中采用高能粒子束对钛硅铕形状记忆合金的金料进行高能粒子束熔炼，高能粒子束加速电压为155～160V，高能粒子束电流为1230～1250mA，高能粒子束扫描速度为200～220mm/min，相应的冷却速度为128～135K/s，并浇注成板坯；
b)将板坯加热，加热温度为1460～1470℃，均热时间为35～40min；
c)进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1250℃；
d)进行精轧，并控制终轧温度为730～750℃；
e)进行层流冷却，终冷温度为320～340℃，冷却速度为68～75℃/s。
上述技术方案中，采用高能粒子束熔进行熔炼，能促进Ti、Si和Eu三种合金之间加快形成细小板条状马氏体的形成。
进一步的，经过层流冷却后得到的为热轧板，可对热轧板进行卷取，得到热轧板卷。
进一步的，可对热轧板卷精整、检验及打包，以用于钛硅铕形状记忆合金的制造。
本发明还提供了一种本发明所提供的钛硅铕形状记忆合金的生产方法生产得到的钛硅铕形状记忆合金。
具体的，钛硅铕形状记忆合金的力学性能达到屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥19％，洛氏硬度HRC＞450，在48℃以下时候本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，48℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，该产品完全满足驱动汽缸的制造需要。
本发明还提供了本发明所提供的钛硅铕形状记忆合金的应用，用于生产驱动汽缸。
本发明生产的屈服强度大于800MPa的钛硅铕形状记忆合金为机械领域中使用的形状记忆合金驱动汽缸的制造提供了安全可靠的形状记忆合金材料。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在一个具体实施方式中，钛硅铕形状记忆合金的生产方法包括以下步骤：
1、钛硅铕形状记忆合金原料的制备：其化学成份按重量百分计为Ti： 37～40％，Si：39～45％，Eu：15～24％，其余为少量不可避免的杂质。
2、生产钛硅铕形状记忆合金原料的方法，其步骤：
1)经混合金料，在真空室中采用高能粒子束进行钛硅铕形状记忆合金粉末的高能粒子束熔炼，高能粒子束加速电压155～160V，高能粒子束电流1230～1250mA，高能粒子束扫描速度200～220mm/min，相应的冷却速度 128～135K/s，浇注成板坯；
2)将板坯加热，加热温度在1460～1470℃，均热时间为35～40min；
3)进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1250℃；
4)进行精轧，并控制终轧温度在730～750℃；
5)进行层流冷却，终冷温度为320～340℃，冷却速度：68～75℃/s；
6)进行卷取，制得热轧板卷；
7)进行卷取。
3、钛硅铕形状记忆合金的热处理
1)采用在纯度为99.90～99.99％的氪气中加热对钛硅铕形状记忆合金进行整体热处理，热处理温度1620～1630℃，加热时间1.6～1.7h；
2)采用含有玛瑙颗粒的全氟代烷烃液体中进行淬火，其中玛瑙颗粒直径为100～110nm，其余为全氟代烷烃液体；冷却速度为170～180℃/s，淬火时间控制为11～13s；
3)经水洗后在纯度为99.90～99.99％的氡气中进行回火，回火温度为 330～340℃，时间为35～40s；
4)自然空冷至室温，并喷丸去除表面氧化铁皮。
4、钛硅铕形状记忆合金原料精整、检验及打包。
1)精整切边：按标准规格切取钛合金板，并切除钛板周围毛边，切割余量4～5mm；
2)性能检测：对钢板取样按国标进行力学性能检验，力学性能达到屈服强度ReL:≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥19％，洛氏硬度HRC 大于450，在48℃以下时候本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，48℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，该产品完全满足驱动汽缸的制造需要。
表1本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金化学成分(wt％)；
表2本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金高能粒子束熔炼工艺；
表3本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金轧制工艺；
表4本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金热处理工艺；
表5本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金性能。
按照表1至表4的内容实施实施例1至5：
表1 本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金化学成分(wt％)
实施例 Ti Si Eu
1 43.0 35.0 25.0
2 40.5 38.0 19.0
3 40.0 37.0 18.0
4 41.5 39.0 22.0
5 41.0 36.0 23.0
6 42.0 37.5 24.0
表2 本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金高能粒子束熔炼工艺
表3 本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金轧制工艺
表4 本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金热处理工艺
对实施例1至5得到的钛硅铕形状记忆合金进行检测，结果如表5所示
表5 本发明各实施例的钛硅铕形状记忆合金性能
从表5中可以看出，本发明申请的钛硅铕形状记忆合金，其屈服强度为 800～845MPa，抗拉强度为900～942MPa，延伸率为19～24％，洛氏硬度为 450～490HRC，在48℃以下时本发明会产生由奥氏体向马氏体的转变，48℃以上时马氏体会全部逆转变为奥氏体的形式存在，说明产品性能完全满足使用要求。
对比例1
以实施例2的组成为参考，Ti与Si相对含量不变，调整Eu至不同含量，对比结果如下：
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种钛硅铕形状记忆合金材料，其特征在于，其化学成份按重量百分比计为：Ti：37～40％，Si：39～45％，Eu：15～24％，其余为少量不可避免的杂质。
2.一种钛硅铕形状记忆合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)生产权利要求1所述的钛硅铕形状记忆合金材料；
2)将步骤1)得到的钛硅铕形状记忆合金材料依次经过热处理、淬火和回火处理，再冷却和去除表面氧化铁皮，生产得到钛硅铕形状记忆合金。
3.根据权利要求2所述的钛硅铕形状记忆合金的生产方法，其特征在于：步骤2)中，热处理过程为：在纯度为99.90～99.99％的氪气中对钛硅铕形状记忆合金材料进行整体热处理，热处理温度为1620～1630℃，加热时间为1.6～1.7h。
4.根据权利要求3所述的钛硅铕形状记忆合金的生产方法，其特征在于：步骤2)中，淬火的过程为：含有玛瑙颗粒的全氟代烷烃液体中进行淬火，其中玛瑙颗粒直径为100～110nm，冷却速度为170～180℃/s，淬火时间控制为11～13s。
5.根据权利要求4所述的钛硅铕形状记忆合金的生产方法，其特征在于：步骤2)中，回火的过程为：将洁净的钛硅铕形状记忆合金材料在纯度为99.90～99.99％的氡气中进行回火，回火温度为330～340℃，回火时间为35～40s。
6.根据权利要求2至5任一所述的钛硅铕形状记忆合金的生产方法，其特征在于，步骤1)中，钛硅铕形状记忆合金材料的生产方法包括以下步骤：
a)按照配方的量混合金料，在真空室中采用高能粒子束对金料进行高能粒子束熔炼，高能粒子束加速电压为155～160V，高能粒子束电流为1230～1250mA，高能粒子束扫描速度为200～220mm/min，相应的冷却速度为128～135K/s，并浇注成板坯；
b)将板坯加热，加热温度为1460～1470℃，均热时间为35～40min；
c)进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1250℃；
d)进行精轧，并控制终轧温度为730～750℃；
e)进行层流冷却，终冷温度为320～340℃，冷却速度为68～75℃/s。
7.一种根据权利要求2至6任一所述的钛硅铕形状记忆合金的生产方法生产得到的钛硅铕形状记忆合金。
8.根据权利要求7所述的钛硅铕形状记忆合金，其特征在于：力学性能达到屈服强度ReL≥800MPa，抗拉强度Rm≥900MPa，延伸率A≥19％，洛氏硬度HRC＞450。
9.一种根据权利要求8所述的钛硅铕形状记忆合金的应用，其特征在于：用于生产驱动汽缸。
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