專利名稱：一種高塑性TiNi51合金絲材的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鈦鎳絲材的制備方法，特別是一種高塑性鈦鎳形狀記憶合金T1-Ni51at%絲材的制備方法。
背景技術：
鈦鎳基形狀記憶合金是20世紀六十年代興起的一種具有形狀記憶、超彈性和高阻尼三大特性的新型金屬功能材料，同時還具有優良的生物相容性，應用已遍及電子、機械、宇航、能源、醫療衛生及生活日用品等領域。等原子比T1-Ni合金材料的主要應用特點是超彈性和形狀記憶效應，包括合金相變點、恢復應力和恢復率等參數，化學成分是影響合金性能的最敏感因素。當Ni含量小于
50.5&丨％時，T1-Ni合金的超彈性性能較差；Ni含量越高，超彈性性能越好，但Ni含量達到51&七％時，合金會變脆。從T1-Ni 二元合金相圖分析，由于TiNi的均相區上寬下窄，隨著溫度的降低，會析出脆性相Ti2N1、TiNi3等。T1-Ni51at%合金中Ni含量較多，析出脆性相會更多、更復雜，使得材料的塑性下降。另外，現有的合金熔煉方法也存在降低材料塑性的隱患。等原子比鈦鎳合金鑄錠一般都采用中頻感應熔煉的方式獲得，雖然這種方法能夠得到組織均勻，成分配比合適的鑄錠。但是由于熔煉設備本身及熔煉工藝的限制，一般制備20Kg以下的小型鑄錠，且合金的流動性較差，以及澆注條件的限制，不可避免地產生氣孔、冷隔等缺陷，降低了材料的加工性能。TiNi合金熔煉真空自耗+真空感應熔煉法或真空凝殼+真空自耗熔煉法等兩真空熔煉相結合的方法 多用于試驗對比論證，且由于焊接、成分控制及生產成本等方面的問題不能轉化為可生產的穩定工藝，未普遍使用。Ti_Ni51at %由于Ni含量較高，奧氏體轉變終了溫度Af約_15°C，在不同地域，尤其是溫度較低的環境仍具有良好的超彈性性能。尤其作為眼鏡架用TiNi絲材，相比Ni含量較低的TiNi合金具有更好的穩定性，成為高端眼鏡架首選用TiNi絲材。同時，隨著眼鏡架廠家自動律線工藝的實施，要求絲材的一次冷變形量達到80%以上。因此，高塑性TiNi51合金絲材的研制成為必然的趨勢。

發明內容
本發明的構思是:采用中頻感應熔煉與真空自耗熔煉相結合的方法一方面消除一次錠的鑄造缺陷，得到純凈、均勻的鑄錠。同時實現鈦鎳合金大型鑄錠，提高生產效率及材料的批次穩定性。然后對鑄錠進行高溫均勻化，降低材料中的脆性相；再經過鍛造、軋制加工成絲坯；最后拉拔、矯直處理生產出成品絲材。一種高塑性TiNi51合金絲材的制備方法，先采用真空感應爐熔煉制備鈦鎳合金一次鑄錠，再將鈦鎳合金一次鑄錠組焊作為自耗電極進行真空自耗熔煉成為鈦鎳合金二次鑄錠，然后將鈦鎳合金二次鑄錠經過均勻化處理、鍛造、軋制、拉拔和矯直后，獲得TiNi51合金絲材。所述真空感應爐為25Kg中頻真空感應爐，鈦鎳合金一次鑄錠的重量為15Kg，鈦鎳合金二次鑄錠的重量為45 150Kg。所述均勻化處理的工藝參數是:溫度950 1150°C、保溫時間4 8h。所述鍛造的工藝參數是:溫度800 1000°C、保溫時間2 3h。所述軋制的工藝參數是:溫度800 1000°C、保溫時間I 2h。所述拉拔的工藝參數是:溫度500 800°C，采用石墨乳潤滑的熱拉拔工藝。所述矯直處理的工藝參數是:溫度800 950°C、速度5 20mm/s，水冷。所述TiNi51合金絲材的一次冷變形量可達80%以上。所述TiNi51合金是指鎳含量處于50.8 51.2at%的鈦鎳二元合金。所述TiNi51合金絲材的直徑Φ < 6.5mm。本方法可以實現Ti_Ni51at %合金絲材的制備，其中Ni %處于50.8at %
51.2at%之間，絲材直徑Φ < 6.5mm，絲材的一次冷變形量達到80%以上。滿足了電子、機械、宇航、能源、醫療衛生及生活日用品等各領域的要求。本發明的有益效果:通過三方面改進，采用感應熔煉與自耗熔煉相結合的熔煉工藝，得到勻質、純凈、大規格的鈦鎳鑄錠；高溫均勻化處理減少了材料中的脆性相；合理的熱加工及成品矯直工藝，提高了材料的塑性加工性能。制備出大錠型、均勻穩定、高塑性的T1-Ni 5 Iat %合金絲材。`


圖1:TiNi51at% -Φ2.0mm合金絲材的金相圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。本發明的具體技術方案按照下列步驟:(I)、先將符合11附51&七％配比的海綿鈦、電解鎳原材料采用25Kg中頻真空感應熔煉15Kg的一次鈦鎳合金鑄錠。對一次錠切除冒口，扒皮處理后，進行組焊作為自耗電極，由于電極長度的限制，組焊的一次錠個數可以選擇4 14個之間。真空自耗熔煉就可得到45 150Kg的二次鑄錠。(2)、均勻化處理:溫度950 1150°C，保溫時間4 8h。(3)、鍛造:溫度800 1000°C，保溫時間2 3h。可采用液壓機或精鍛機，加工成□ 50mm或Φ 50mm的鍛還,并進行表面修磨。(4)、軋制:溫度800 1000°C，保溫時間I 2h。加工成Φ8_的軋條，并去除表
面氧化皮。(5)、拉拔:采用石墨乳潤滑的熱拉拔工藝，溫度500 800°C。(6)、矯直處理:溫度800 950°C，速度5 20mn/s，水冷。實施例1TiNi51(T1-Ni51at% )合金Φ6.5_絲材的加工方法:先將原材料O級海綿鈦、Ν 9999電解鎳按照T1-Ni51at% (T1-Ni56.06wt % )配比，在25Kg中頻真空感應熔煉Φ 100-15Kg的一次鈦鎳合金鑄錠。將一次錠切除冒口，扒皮處理后，選用4個進行組焊作為自耗電極，重量為45Kg。真空自耗爐熔煉選用Φ 160mm銅坩堝，獲得0160-45Kg鑄錠。然后對鑄錠進行高溫均勻化，溫度950 1150°C，保溫時間4 6h。再經過鍛造、軋制加工成絲坯；最后拉拔、矯直處理生產出成品絲材。實施例2TiNi51(T1-Ni51at% )合金Φ3.5_絲材的加工方法:先將原材料O級海綿鈦、Ν 9999電解鎳按照T1-Ni51at% (T1-Ni56.06wt % )配比，在25Kg中頻真空感應熔煉Φ 100-15Kg的一次鈦鎳合金鑄錠。將一次錠切除冒口，扒皮處理后，選用10個進行組焊作為自耗電極，重量為llOKg。真空自耗爐熔煉選用Φ 160mm銅坩禍，獲得Φ 160-1 IOKg鑄錠。然后對鑄錠進行高溫均勻化，溫度950 1150°C，保溫時間6 8h。再經過鍛造、軋制加工成絲坯；最后拉拔、矯直處理生產出成品絲材。矯直工藝為溫度800 950°C，速度5 14mm/s,水冷。絲材可實現一次自動律線至Φ1.1mm,冷變形量達到80%以上。實施例3TiNi51(T1-Ni51at% )合金Φ Imm絲材的加工方法:先將原材料O級海綿鈦、Ni9999電解鎳按照T1-Ni51at% (T1-Ni56.06wt % )配比，在25Kg中頻真空感應熔煉Φ 100-15Kg的一次鈦鎳合金鑄錠。將一次錠切除冒口，扒皮處理后，選用14個進行組焊作為自耗電極，重量為150Kg。真空自耗爐熔煉選用Φ 160mm銅坩禍，獲得0160-150Kg鑄錠。然后對鑄錠進行高溫均勻化，溫度950 1150°C，保溫時間6 8h。再經過鍛造、軋制加工成絲還；最后拉拔、矯直處理生產出成品絲材。溫度800 860°C,速度10 20mm/s,水冷。本發明制備的TiNi51at% -Φ2.0mm合金絲材的金相見圖1，屬于等軸組織，分布細小的二相顆粒。兩種規格絲材的室溫力學性能見表1，本發明工藝制備的絲材屈強比降低，塑性提高，冷變形加工能力明顯改善。表I兩種規格TiNi51at%合金絲材的室溫力學性能
權利要求
1.一種高塑性TiNi51合金絲材的制備方法，其特征在于:先采用真空感應爐熔煉制備鈦鎳合金一次鑄錠，再將鈦鎳合金一次鑄錠組焊作為自耗電極進行真空自耗熔煉成為鈦鎳合金二次鑄錠，然后將鈦鎳合金二次鑄錠經過均勻化處理、鍛造、軋制、拉拔和矯直后，獲得Τ Ν 51合金絲材。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述真空感應爐為25Kg中頻真空感應爐，鈦鎳合金一次鑄錠的重量為15Kg，鈦鎳合金二次鑄錠的重量為45 150Kg。
3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述均勻化處理的工藝參數是:溫度950 1150°C、保溫時間4 8h。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鍛造的工藝參數是:溫度800 1000°C、保溫時間2 3h。
5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述軋制的工藝參數是:溫度800 1000°C、保溫時間I 2h。
6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述拉拔的工藝參數是:溫度500 800°C，采用石墨乳潤滑的熱拉拔工藝。
7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述矯直處理的工藝參數是:溫度800 950°C、速度5 20mm/s，水冷。
8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述TiNi51合金絲材的一次冷變形量達80%以上。
9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述TiNi51合金是指鎳含量處于50.8 51.2at%的鈦鎳二 元合金。
10.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述TiNi51合金絲材的直徑Φ ^ 6.5mm。
全文摘要
本發明公開了一種高塑性TiNi51合金絲材的制備方法，采用中頻感應熔煉與真空自耗熔煉相結合的方法一方面消除一次錠的鑄造缺陷，得到純凈、均勻的鑄錠。同時實現鈦鎳合金大型鑄錠，提高生產效率及材料的批次穩定性。然后對鑄錠進行高溫均勻化，降低材料中的脆性相；再經過鍛造、軋制加工成絲坯；最后拉拔、矯直處理生產出成品絲材。本發明與現有技術相比具有以下優點本發明通過三方面，采用感應熔煉與自耗熔煉相結合的熔煉工藝，得到勻質、純凈、大規格的鈦鎳鑄錠；高溫均勻化處理減少了材料中的脆性相；合理的熱加工及成品矯直工藝，提高了材料的塑性加工性能。制備出大錠型、均勻穩定、高塑性的Ti-Ni51at％合金絲材。
文檔編號C22F1/10GK103243240SQ201310151230
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月27日 優先權日2013年4月27日
發明者毛江虹, 曹繼敏, 楊華斌, 牛中杰, 雷亞軍, 薛颯 申請人:西安賽特金屬材料開發有限公司