專利名稱：真空感應(yīng)熔煉Ti－Ni及Ti－Ni－Nb形狀記憶合金的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空冶金領(lǐng)域，具體是一種真空感應(yīng)熔煉純凈Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金的工藝。
背景技術(shù)：
Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金活性強(qiáng)，現(xiàn)有真空冶金技術(shù)(如電子束，水冷凝殼、石墨坩堝的真空感應(yīng)熔煉)熔煉該類合金，其技術(shù)難點(diǎn)是合金的主成分控制不精確、增碳，影響合金的相變點(diǎn)等性能(通常成分偏差0.5wt.％，即嚴(yán)重影響合金的相變點(diǎn)及性能)；另外，使用常規(guī)的熱力學(xué)穩(wěn)定性差的MgO、Al2O3坩堝熔煉該類型的活性合金，由于活性的熔融Ti與上述的坩堝材料強(qiáng)烈反應(yīng)，合金熔煉過程的增氧，鑄錠熱加工性能變壞，同時(shí)也影響高溫變形材料的冷加工性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以精確控制合金主成分，避免熔煉過程中的增氧，從而提高合金加工性能的真空感應(yīng)純凈化熔煉Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金的工藝。
本發(fā)明技術(shù)方案是采用CaO坩堝，具體工藝為裝料→抽真空→合金熔化期→合金精煉期→合金液冷凝→調(diào)整溫度澆注合金鑄錠；操作步驟如下1.合金原料按Ti-Ni或Ti-Ni-Nb合金要求的重量比取工業(yè)1#-Ni、0#-Ti及Nb-1條；2.合金原材料的裝料對(duì)于Ti-Ni合金裝料順序?yàn)镹i及15～25％的Ti裝入所述坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；對(duì)于Ti-Ni-Nb合金裝料順序?yàn)镹i、Nb及15～25％的Ti裝入所述坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；所述強(qiáng)脫氧劑Ca加入量均為總原料重量的0.02～0.1％；3.抽真空抽真空至爐內(nèi)壓力低于2Pa時(shí)，充氬氣至0.3～0.6atm范圍；4.合金的熔化送電，熔化裝入坩堝內(nèi)原材料，當(dāng)坩堝內(nèi)的材料熔化后，向坩堝內(nèi)加余下75～85％的Ti，間歇攪拌；5.合金精煉化清后，合金液在高于合金熔點(diǎn)20～100℃的溫度范圍內(nèi)精煉10～20min；6.合金液冷凝精煉期結(jié)束，合金液停電冷凝；7.終脫氧將上述凝固的合金液升溫熔化，熔化后向合金液中按所述重量百分比加入強(qiáng)脫氧劑Ca進(jìn)行強(qiáng)脫氧；8.合金液澆注調(diào)整合金液的溫度高于熔點(diǎn)80～120℃，澆注，得Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金鑄錠。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為1.本發(fā)明采用熱力學(xué)穩(wěn)定性良好的CaO陶瓷坩堝熔煉合金，大大避免了合金中Ti與坩堝的反應(yīng)。
2.本發(fā)明采用CaO坩堝結(jié)合合金熔煉工藝中的精煉、冷凝和加強(qiáng)脫氧劑Ca有效脫氧，獲得了氧高純凈的Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，氧含量穩(wěn)定小于0.06wt％，合金主成分控制精確，成分偏差小于0.3wt％；鑄錠結(jié)晶組織均勻，偏析低，高溫變形性能優(yōu)良，性能穩(wěn)定。
3.本發(fā)明熔煉技術(shù)與采用的水冷凝殼、電子束熔煉技術(shù)相比，設(shè)備成本低，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，大大的降低了制備合金的成本，本發(fā)明熔煉的Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金廣泛應(yīng)用于國(guó)防和民口高技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1采用CaO坩堝，制備Ti-Ni合金，具體工藝為裝料→抽真空→合金熔化期→合金精煉期→合金液冷凝→調(diào)整溫度澆注合金鑄錠，操作步驟如下1.合金原材料的裝料按Ti44Ni56重量比例取原材料0#-Ti及1#-Ni，裝料順序?yàn)镹i及20％的Ti裝入所述坩堝中，剩余80％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；2.抽真空抽真空至爐內(nèi)壓力等于1.5Pa時(shí)，充氬氣至0.3atm；3.合金的熔化送電，熔化裝入坩堝內(nèi)原材料，當(dāng)坩堝內(nèi)的材料熔化后，向坩堝內(nèi)加余下80％的Ti，間歇攪拌；攪拌的目的是防止低密度的Ti熔化后浮在合金液的上部與坩堝反應(yīng)；4.合金精煉化清后，合金液在高于合金熔點(diǎn)50℃的溫度精煉20min，目的是在去除鋼液中溶解的H、O、N，尤其是溶解氧，因原材料海綿Ti中溶解氧約為0.07wt％；5.合金液冷凝精煉期結(jié)束，合金液停電冷凝，此操作的作用是熔液凝固過程中，溶解氣體會(huì)進(jìn)一步去除；6.終脫氧將上述凝固的合金液升溫熔化，熔化后向合金液中加入0.05wt％的Ca進(jìn)行強(qiáng)脫氧；因Ca的蒸汽壓高，熔煉的合金鑄錠的殘留量低于0.005wt％，不會(huì)影響合金的性能；7.合金液澆注調(diào)整合金液的溫度高于熔點(diǎn)90℃，澆注，得Ti-Ni形狀記憶合金鑄錠。
其中CaO陶瓷坩堝具有熱力學(xué)穩(wěn)定性良好的性能，制備方法為原材料CaO砂以高純石灰石CaCO3為原料，采用高溫晶化法，經(jīng)破碎、篩分制得；以無水乙醇作粘結(jié)劑冷等靜壓素坯成型，成型壓力150～240MPa，保壓時(shí)間2～8分鐘，燒結(jié)制度為隨爐升溫至1600～1750℃，保溫2～4小時(shí)，爐冷，最終得到CaO坩堝，其中所采用的原料CaO砂中CaO顆粒粒度配比1～2mm占40～45％重量，0.5～1mm占15～25％重量，＜0.5mm占30～45％重量；另加入粒度為1～2mm的占總重量1～3％ZrO2顆粒作為添加劑；其具體制備工藝為a.CaO粒度配比1～2mm占40％，0.5～1mm占20％，＜0.5mm占40％；b.素坯成型方法冷等靜壓；c.成型壓力200MPa；d.保壓時(shí)間4分鐘；e.燒結(jié)制度隨爐升溫至1650℃，保溫2小時(shí)爐冷；
f.添加劑2％ZrO2顆粒，其粒度為1～2mm；g.粘結(jié)劑無水乙醇。
本實(shí)施例冶煉Ti-Ni形狀記憶合金，容量從10Kg至20Kg的鑄錠，鍛造性能良好，其中Ti-Ni合金鑄錠鍛造后的成分分析結(jié)果見表1表1 Ti-Ni形狀記憶合金鑄錠的成分(wt％)

注鑄錠1、2、3為10kg鑄錠，鑄錠4為20kg鑄錠(未測(cè)定H含量)，鑄錠2和3只抽查了H、O和N三個(gè)主要有害雜質(zhì)成分。
從上述結(jié)果可知，本實(shí)施例熔煉的形狀記憶合金獲得了精確的成分控制，均質(zhì)純凈，性能穩(wěn)定。
實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于制備Ti-Ni-Nb合金，操作步驟如下1.合金原材料的裝料按重量比例Ti36.96-Ni48.38-Nb14.66取原材料1#-Ni、Nb-1條、0#-Ti，裝料順序?yàn)镹i、Nb及20％的Ti裝入所述坩堝中，剩余80％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；2.抽真空抽真空至爐內(nèi)壓力等于1.2Pa時(shí)，充氬氣至0.5atm；3.合金的熔化送電，熔化裝入坩堝內(nèi)原材料，當(dāng)坩堝內(nèi)的材料熔化后，向坩堝內(nèi)加余下80％的Ti，間歇攪拌；攪拌的目的是防止低密度的Ti熔化后浮在合金液的上部與坩堝反應(yīng)；4.合金精煉化清后，合金液在高于合金熔點(diǎn)90℃的溫度精煉10min，目的是在去除鋼液中溶解的H、O、N，尤其是溶解氧，因原材料海綿Ti中溶解氧約為0.07wt％；5.合金液冷凝精煉期結(jié)束，合金液停電冷凝，此操作的作用是熔液凝固過程中，溶解氣體會(huì)進(jìn)一步去除；6.終脫氧將上述凝固的合金液升溫熔化，熔化后向合金液中加入0.1wt％的Ca進(jìn)行強(qiáng)脫氧；因Ca的蒸汽壓高，熔煉的合金鑄錠的殘留量低于0.005wt％，不會(huì)影響合金的性能；7.合金液澆注調(diào)整合金液的溫度高于熔點(diǎn)90℃，澆注，得Ti-Ni-Nb形狀記憶合金鑄錠。
所獲得的Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，容量均為10Kg的鑄錠，鍛造性能良好，表2給出了Ti-Ni-Nb形狀記憶合金的成分和鍛造棒材的性能和相變點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果。
表2 CaO坩堝熔煉的Ti-Ni-Nb形狀記憶合金成分及性能

從上述結(jié)果可知，本發(fā)明技術(shù)熔煉的形狀記憶合金獲得了精確的成分控制，均質(zhì)純凈，性能穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種真空感應(yīng)純凈化熔煉Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金的工藝，其特征在于采用CaO坩堝，具體工藝為裝料→抽真空→合金熔化期→合金精煉期→合金液冷凝→調(diào)整溫度澆注合金鑄錠。
2.按權(quán)利要求所述工藝，其特征在于操作步驟如下1)合金原料按Ti-Ni或Ti-Ni-Nb合金要求的重量比取工業(yè)1#-Ni、0#-Ti及Nb-1條；2)合金原材料的裝料對(duì)于Ti-Ni合金裝料順序?yàn)镹i及15～25％的Ti裝入所述坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；對(duì)于Ti-Ni-Nb合金裝料順序?yàn)镹i、Nb及15～25％的Ti裝入所述坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；所述強(qiáng)脫氧劑Ca加入量均為總原料重量的0.02～0.1％；3)抽真空抽真空至爐內(nèi)壓力低于2Pa時(shí)，充氬氣至0.3～0.6atm范圍；4)合金的熔化送電，熔化裝入坩堝內(nèi)原材料，當(dāng)坩堝內(nèi)的材料熔化后，向坩堝內(nèi)加余下75～85％的Ti，間歇攪拌；5)合金精煉化清后，合金液在高于合金熔點(diǎn)20～100℃的溫度范圍內(nèi)精煉10～20min；6)合金液冷凝精煉期結(jié)束，合金液停電冷凝；7)終脫氧將上述凝固的合金液升溫熔化，熔化后向合金液中按所述重量百分比加入強(qiáng)脫氧劑Ca進(jìn)行強(qiáng)脫氧；8)合金液澆注調(diào)整合金液的溫度高于熔點(diǎn)80～120℃，澆注，得Ti-Ni及Ti-Ni-Nb形狀記憶合金鑄錠。
全文摘要
一種真空感應(yīng)熔煉Ti－Ni及Ti－Ni－Nb形狀記憶合金的工藝，采用CaO坩堝熔煉合金；按合金要求的比例裝爐，Ti－Ni合金Ni及15～25％的Ti裝入坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；Ti－Ni－Nb合金Ni、Nb及20％的Ti裝入坩堝中，剩余75～85％的Ti和強(qiáng)脫氧劑Ca加入合金加料斗內(nèi)；抽真空至爐內(nèi)壓力低于2Pa時(shí)，充氬氣至0.3～0.6atm范圍；送電，當(dāng)材料熔化后，向坩堝內(nèi)加余下75～85％的Ti，間歇攪拌；化清后在高于合金熔點(diǎn)20～100℃溫度范圍內(nèi)精煉10～20min；然后合金液停電冷凝；將上述凝固的合金液升溫熔化，熔化后向合金液中加入0.01～0.1wt％的Ca進(jìn)行強(qiáng)脫氧；調(diào)整合金液溫度高于熔點(diǎn)80～120℃，澆注，得Ti－Ni及Ti－Ni－Nb形狀記憶合金鑄錠。本發(fā)明能有效控制合金的主成分，避免熔煉過程中的增氧，提高合金加工性能。
文檔編號(hào)C22C1/02GK1428448SQ01138918
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者高明, 劉奎, 馬穎澈, 張順南, 張晉德 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所