CN1330783C - 细晶耐磨材料钛镍－铜合金的制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法，将原子百分比为48%～55%的钛，35%～47%的镍，5%～10%的铜在真空条件下熔炼，制成钛镍-铜基合金铸锭，将鈦镍-铜合金块材切割成坯料，表面处理后涂敷玻璃润滑剂。模具采用挤压通道角度为90°的等径弯角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温，并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压；对挤压处理后的材料进行退火处理，使材料产生静态回复，晶粒均匀细化，最终获得摩擦学性能良好的钛镍-铜合金块材。本发明所制备的耐磨材料显示了优良的摩擦学特性，耐磨承载能力明显提高，摩擦系数明显降低。

Description

细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法，用于获得高摩擦学性能的钛镍-铜合金材料，进而提高该合金在航空航天、医疗卫生及民用工业等领域的实际工程应用价值。属于金属材料及冶金类技术领域。
背景技术
钛镍-铜(TiNi-Cu)合金具有很多优异性能，如：良好的机械性能(比强度高、热强性好、疲劳强度高)、良好的生物相容性、极高的抗腐蚀性和形状记忆及超弹性，是具有较高响应频率的敏感元器件，近年来的研究亦发现，TiNiCu合金还具有优异的摩擦学性能( Xu，Jianjun； Guo，Jinfang； Wang，Deguo；Cui，Lishan，A study of the wear behavior of TiNiCu shape-memory alloy，Materials Science Forum，v 394-395，2002，p 357-360)。但因其强度高、低温塑性差，使其高性能块材的获得极为困难。
申请号为200310107937.0的中国发明专利“微米细晶钛镍-铜合金块材等径弯角挤压制备方法”，基于等径弯角挤压法(Equal Channel Angular Extrusion，ECAE)工艺原理制备出了细晶钛镍-铜合金材料，在不改变材料横截面积的情况下实现对材料的多次重复挤压，用来制备块状细晶材料，进而提高材料的塑性、韧性，提高其耐磨性能。但由于高温及挤压过程中的剪切作用使材料动态再结晶，材料晶粒虽细化其强度提高，但丧失部分伪弹性性能，即热弹性马氏体的可逆回复特性几乎消失殆尽，其“塑性”变差，韧性下降，因此其耐磨性能的提高受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有发明的不足，提供一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法，能解决钛镍-铜基形状记忆合金伪弹性差的问题，提高摩擦学性能。
为实现这样的目的，本发明选用的合金的原子百分数范围：钛为48％～55％，镍为35％～47％，铜为5％～10％。将鈦镍-铜合金块材切割成坯料，表面处理后涂敷玻璃润滑剂。模具采用挤压通道角度为90°的等径弯角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温，并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压；对挤压处理后的材料进行退火处理，最终获得摩擦学性能良好的钛镍-铜合金块材。
本发明的细晶钛镍-铜基耐磨合金制备方法具体为：将原料按原子百分比钛为48％～55％，镍为35％～47％，铜为5％～10％配好，在真空条件下进行熔炼，制成钛镍-铜基合金铸锭。将铸锭在800℃～900℃退火，保温4～5小时，将块状钛镍-铜合金铸锭线切割成坯料，对坯料进行表面处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm。在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.2～0.4mm。
本发明采用等径弯角挤压模具，模具的挤压通道角度为90°。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃～500℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1～1.5小时；将另外一个加热炉加热到750℃～850℃，将准备好的坯料放入此加热炉中，待温度升到750℃～850℃后，保温15～30分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上对坯料进行挤压。重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂，再进行挤压共2～6次，每次挤压较上次挤压降低预热温度30℃，最低温度不低于700℃。对挤压后的材料在500℃～750℃进行退火处理，保温1.5～2小时后冷却至室温，使材料晶粒均匀细化，即可获得细晶钛镍-铜基耐磨合金块材。
本发明采用等径弯角挤压工艺处理后进行退火处理，使材料发生静态回复，材料晶粒变得更加均匀细小，其伪弹性性能得到提高，最终获得摩擦学性能良好的钛镍-铜合金块材。本发明所制备的耐磨材料显示了优良的摩擦学特性，耐磨承载能力明显提高，摩擦系数明显降低。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：
将原料按原子百分比钛为55％，镍为35％，铜为10％配备好，采用冷壁铜坩埚真空磁悬浮感应法熔炼，制成钛镍-铜合金铸锭。将铸锭在800℃退火，保温4小时。将钛镍-铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料，对坯料表面进行磨削处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.2mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°，用丙酮对模具型腔进行清洗，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时；将另外一个加热炉加热到750℃，保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上立即进行挤压。对挤压出来的坯料重复进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂，再进行挤压共2次，每次降低试验预热温度，即依次为：750℃、720℃。对挤压后的材料进行退火处理，在500℃保温120分钟然后空冷至室温，即可获得细晶钛镍-铜耐磨合金块材。
实施例2：
将原料按原子百分比钛为50％，镍为43％，铜为7％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成钛镍-铜合金铸锭。将铸锭在850℃退火，保温5小时。将钛镍-铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料，对坯料表面进行磨削处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.3mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°，用丙酮对模具型腔进行清洗，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时；将另外一个加热炉加热到850℃，将准备好的坯料放入此加热炉中，待温度升到850℃后，保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上立即进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理等，降低试验预热温度，即依次为：850℃、820℃、790℃、760℃、730℃、700℃共进行6次挤压。对挤压后的材料进行退火处理，在600℃保温110分钟然后空冷至室温，即可获得细晶钛镍-铜耐磨合金块材。
实施例3：
将原料按原子百分比钛为48％，镍为47％，铜为5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成钛镍-铜合金铸锭。将铸锭在900℃退火，保温4.5小时。将钛镍-铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料，对坯料表面进行磨削处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.4mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°，用丙酮对模具型腔进行清洗，然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在500℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1小时；将准备好的坯料放入另外一个加热到820℃的加热炉中，待温度升到820℃后，保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上立即进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理等，降低试验预热温度，即依次为：820℃、790℃、760℃、730℃、700℃共进行5次挤压。对挤压后的材料进行退火处理，在750℃保温90分钟然后空冷至室温，即可获得细晶钛镍-铜耐磨合金块材。

Claims (1)

1、一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法，其特征在于将原料按原子百分比钛为48％～55％，镍为35％～47％，铜为5％～10％配好，在真空条件下进行熔炼，制成钛镍-铜基合金铸锭，将铸锭在800℃～900℃退火，保温4～5小时，将块状钛镍-铜合金铸锭线切割成坯料，对坯料进行表面处理，使坯料表面加工粗糙度Ra＝1.25～2.5μm，在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂，涂层厚度为0.2～0.4mm；采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°，将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃～500℃的加热炉中进行加热，达到温度后保温1～1.5小时；将另外一个加热炉加热到750℃～850℃，将准备好的坯料放入此加热炉中，待温度升到750℃～850℃后，保温15～30分钟，将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速将坯料放入模具中，在液压万能试验机上对坯料进行挤压；重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂，再进行挤压共2～6次，每次挤压较上次挤压降低预热温度30℃，最低温度不低于700℃；对挤压后的材料在500℃～750℃进行退火处理，保温1.5～2小时后冷却至室温，即获得细晶钛镍-铜基耐磨合金块材。
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