CN113802076B - 一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法 - Google Patents

一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、对退火态镍钛合金丝材在室温下进行轴向拉伸；轴向拉伸后退火态镍钛合金丝材的径向在整根丝材长度范围内产生了均匀变形，径向均匀变形量为18～26％。步骤2、将轴向拉伸后的镍钛合金丝材进行卸载；步骤3、对卸载后的镍钛合金丝材进行应变热处理，得到弯曲疲劳性能提高的超弹性镍钛合金丝材。提高了超弹性镍钛合金丝材弯曲疲劳性能，兼顾了镍钛合金的超弹性和弯曲疲劳性能。

Description

一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法
技术领域
本发明属于镍钛形状记忆合金丝材加工技术领域，涉及一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法。
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，如采用镍钛合金丝材制备的根管锉广泛地应用于口腔根管治疗。
镍钛合金根管锉在使用时需要弯曲、旋转以适应复杂的牙髓结构，因而要求加工根管锉的镍钛合金丝材具有良好的超弹性和弯曲疲劳性能，以提高其使用寿命，防止在治疗中发生根管锉断裂的医疗事故。目前，一般采用冷拉拔和热处理的方式获得具有良好超弹性的镍钛合金丝材，但难以兼顾其弯曲疲劳性能。或者通过对镍钛合金丝材进行长时间时效改变其相组成获得良好的弯曲疲劳性能，但难以兼顾其超弹性。因此，在保证镍钛合金丝材超弹性的前提下，使其具备高的弯曲疲劳性能以提高根管锉的使用寿命和可靠性是必须解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，提高了超弹性镍钛合金丝材弯曲疲劳性能，兼顾了镍钛合金的超弹性和弯曲疲劳性能。
本发明所采用的技术方案是，一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对退火态镍钛合金丝材在室温下进行轴向拉伸；轴向拉伸后退火态镍钛合金丝材的径向在整根丝材长度范围内产生了均匀变形，径向均匀变形量为18～26％。
步骤2、将轴向拉伸后的镍钛合金丝材进行卸载；
步骤3、对卸载后的镍钛合金丝材进行应变热处理，得到弯曲疲劳性能提高的超弹性镍钛合金丝材。
本发明的特点还在于：
步骤1中，退火态镍钛合金丝材的延伸率≥40％，断面收缩率≥30％，轴向拉伸加载应变速率小于等于0.5s-1，轴向拉伸应变22～35％。
步骤2具体按照以下实施：当退火态镍钛合金丝材轴向拉伸应变22～35％时按照与加载相同的应变速率进行卸载。
步骤3中，应变热处理为对卸载后镍钛合金丝材轴向拉伸应变1.0～1.5％进行的热处理。
热处理为在温度350～500℃，保温时间15～30min。
本发明的有益效果是：本发明一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，提高了超弹性镍钛合金丝材弯曲疲劳性能，兼顾了镍钛合金的超弹性和弯曲疲劳性能。
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。
本发明一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对退火态镍钛合金丝材在室温下进行轴向拉伸；
步骤1中，退火态镍钛合金丝材的延伸率≥40％，断面收缩率≥30％，轴向拉伸加载应变速率小于等于0.5s-1，轴向拉伸应变22～35％。轴向拉伸后退火态镍钛合金丝材的径向在整根丝材长度范围内产生了均匀变形，径向均匀变形量为18～26％。
步骤2、将轴向拉伸后的镍钛合金丝材进行卸载；
步骤2具体按照以下实施：当退火态镍钛合金丝材轴向拉伸应变22～35％时按照与加载相同的应变速率进行卸载。
步骤3、对卸载后的镍钛合金丝材进行应变热处理，得到弯曲疲劳性能提高的超弹性镍钛合金丝材。
步骤3中，应变热处理为对卸载后镍钛合金丝材轴向拉伸应变1.0～1.5％进行的热处理。热处理为在温度350～500℃，保温时间15～30min。
本发明一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，通过在室温下对退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，使退火态镍钛合金丝材产生均匀变形，改变了退火态镍钛合金丝材在加工过程中的应力状态。与冷拉拔或冷轧相比，轴向拉伸并产生均匀变形的应力状态为单向拉应力，冷拉拔的应力状态为两压一拉，冷轧的应力状态为三向压应力。对镍钛合金丝材进行充分退火后，使退火态镍钛合金丝材的延伸率大于等于40％，断面收缩率大于等于30％时，对其进行轴向拉伸，当退火态镍钛合金丝材的直径在整根丝材长度范围内产生的均匀变形18～26％时，此时镍钛合金丝材的轴向拉伸应变为22～35％，既保证了在整根丝材长度范围内丝材的直径方向产生了均匀变形，又保证了镍钛丝材不会断裂，该应变范围对应的应力已远远超过应力诱发马氏体相变的应力值，在此应变范围内，其变形机制为应力诱发马氏体的再取向及再取向后的应力诱发马氏体塑性变形产生的位错等晶体缺陷的形成。而冷拉拔为应力诱发马氏体的残留及位错等晶体缺陷。轴向拉伸产生均匀变形时由于其应力状态为单向拉应力，再取向应力诱发马氏体生长具有一定的方向性，这为提高镍钛合金丝材的弯曲疲劳性能提供了基础。
应变热处理为对卸载后的镍钛合金丝材按照变形后的长度轴向拉伸应变1.0～1.5％，在温度350～500℃，保温时间15～30min进行热处理，对卸载后的镍钛合金丝材按照变形后的长度轴向拉伸应变1.0～1.5％消除了镍钛合金丝材卸载后尺寸的微量回弹。卸载后的镍钛合金丝材在热处理时会由于形状记忆效应产生回复，导致其直径增加，对卸载后的镍钛合金丝材按照变形后的长度轴向拉伸应变1.0～1.5％，在热处理时产生回复力，在回复力作用下镍钛合金丝材直径恢复至卸载前尺寸，消除了在热处理过程中镍钛合金丝材由于记忆效应引起的丝材直径变化。对卸载后的镍钛合金丝材按照变形后的长度轴向拉伸应变1.0～1.5％在热处理中产生的回复力使得镍钛合金丝材在热处理时处于轴向拉伸状态，利于热处理后马氏体的定向排列。
通过对轴向拉伸产生均匀变形的镍钛合金进行应变热处理，获得具有良好直线度、超弹性的镍钛合金丝材，其弯曲疲劳性能较传统冷拉拔丝材的显著提高，兼顾了镍钛合金的超弹性和弯曲疲劳性能。
实施例1：
加工Φ0.70mm的具有高的弯曲疲劳的超弹性镍钛合金丝材。首先对延伸率46％，断面收缩率56％的Φ0.81退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，轴向拉伸速率0.005s-1，轴向拉伸应变35％，径向均匀变形达到26％时进行卸载，然后将卸载后的丝材在350℃进行30min的应变热处理，应变热处理的轴向应变为1％，即得。进行6％应变加载卸载残余应变为0.20％(＜0.5％)，测试其弯曲疲劳次数为44085。
对比例1：加工Φ0.70mm的超弹性镍钛合金丝材。将Φ0.81退火态镍钛合金丝材进行冷拉拔至Φ0.70，然后在350℃进行30min的矫直处理。进行6％应变加载卸载残余应变为0.10％(＜0.5％)，测试其弯曲疲劳次数为35014。
实施例1中的超弹性镍钛合金的弯曲疲劳次数比对比例1中的提高了26％。
实施例2：
加工Φ0.80mm的具有高的弯曲疲劳的超弹性镍钛合金丝材。首先对延伸率48％，断面收缩率60％的Φ0.91退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，轴向拉伸速率0.15s-1，轴向拉伸应变28.4％，径向均匀变形达到23％时进行卸载，然后将卸载后的丝材在500℃进行20min的应变热处理，应变热处理的轴向应变为1.5％，即得。进行6％应变加载卸载残余应变为0.07％(＜0.5％)，测试其弯曲疲劳次数为37943。
对比例2：加工Φ0.80mm的超弹性镍钛合金丝材。将Φ0.91退火态镍钛合金丝材进行冷拉拔至Φ0.81，然后在500℃进行20min的矫直处理。进行6％应变加载卸载残余应变为0.05％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为18046。
实施例2中的超弹性镍钛合金的弯曲疲劳次数比对比例2中的提高了55％。
实施例3：
加工Φ0.60mm的具有高的弯曲疲劳的超弹性镍钛合金丝材。首先对延伸率40％，断面收缩率30％的Φ0.66退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，轴向拉伸速率0.25s-1，轴向拉伸应变22％，径向均匀变形达到18％时进行卸载，然后将卸载后的丝材在400℃进行20min的应变热处理，应变热处理的轴向应变为1.2％，即得。进行6％应变加载卸载残余应变为0.22％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为78581。
对比例3：加工Φ0.60mm的超弹性镍钛合金丝材。将Φ0.66退火态镍钛合金丝材进行冷拉拔至Φ0.60，然后在400℃进行20min的矫直处理。进行6％应变加载卸载残余应变为0.15％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为48665。
实施例3中的超弹性镍钛合金的弯曲疲劳次数比对比例3中的提高了61％。
实施例4：
加工Φ1.00mm的具有高的弯曲疲劳的超弹性镍钛合金丝材。首先对延伸率44％，断面收缩率60％的Φ1.13退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，轴向拉伸速率0.005s-1，轴向拉伸应变27.7％，径向均匀变形达到21.7％时进行卸载，然后将卸载后的丝材在500℃进行15min的应变热处理，应变热处理的轴向应变为1.5％，即得。进行6％应变加载卸载残余应变为0.05％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为36325。
对比例4：加工Φ1.00mm的超弹性镍钛合金丝材。将Φ1.13退火态镍钛合金丝材进行冷拉拔至Φ1.00，然后在500℃进行15min的矫直处理。进行6％应变加载卸载残余应变为0.05％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为20571。
实施例4中的超弹性镍钛合金的弯曲疲劳次数比对比例4中的提高了76％。
实施例5：
加工Φ0.50mm的具有高的弯曲疲劳的超弹性镍钛合金丝材。首先对延伸率42％，断面收缩率30％的Φ0.55退火态镍钛合金丝材进行轴向拉伸，轴向拉伸速率0.5s-1，轴向拉伸应变22％，径向均匀变形达到18％时进行卸载，然后将卸载后的丝材在450℃进行15min的应变热处理，应变热处理的轴向应变为1％，即得。进行6％应变加载卸载残余应变为0.20％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为93488。
对比例5：加工Φ0.50mm的超弹性镍钛合金丝材。将Φ0.55退火态镍钛合金丝材进行冷拉拔至Φ0.50，然后在450℃进行15min的矫直处理。进行6％应变加载卸载残余应变为0.07％(＜0.3％)，测试其弯曲疲劳次数为30148。
实施例5中的超弹性镍钛合金的弯曲疲劳次数比对比例5中的提高了210％。
本发明一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，提高了超弹性镍钛合金丝材弯曲疲劳性能，兼顾了镍钛合金的超弹性和弯曲疲劳性能。

Claims (1)

1.一种超弹性镍钛合金丝材的加工方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1.对退火态镍钛合金丝材在室温下进行轴向拉伸；轴向拉伸后退火态镍钛合金丝材的径向在整根丝材长度范围内产生了均匀变形，径向均匀变形量为18～26％；
所述步骤1中，退火态镍钛合金丝材的延伸率≥40％，断面收缩率≥30％，所述轴向拉伸加载应变速率小于等于0.5s-1，轴向拉伸应变22～35％；
步骤2.将轴向拉伸后的镍钛合金丝材进行卸载；
步骤2具体按照以下实施：当退火态镍钛合金丝材轴向拉伸应变22～35％时按照与加载相同的应变速率进行卸载；
步骤3.对卸载后的镍钛合金丝材进行应变热处理，得到弯曲疲劳性能提高的超弹性镍钛合金丝材；
步骤3中，应变热处理为对卸载后镍钛合金丝材轴向拉伸应变1.0～1.5％进行的热处理；
热处理为在温度350～500℃，保温时间15～30min。
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