專利名稱：：高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金和加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及形狀記憶合金的改進技術(shù)，具體地說是設(shè)計了一種高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金和加工工藝。美國Raychem公司于1986年開發(fā)出了Ni-Ti-Nb形狀記憶合金。(J.Simpson,T.W..Duerig，K.N.Melton.MethodofProcessingaNickel/Titanium-basedShapeMemoryAlloyandArticlesProducedTherefrom,U.S.Patent:4，631，094，Dec23，1986)用該合金制成的寬滯后記憶合金管接頭、緊固件等部件可在室溫下儲存、運輸，工程應(yīng)用極為便利，應(yīng)用前景較為廣闊。目前在軍用飛機上的液壓管路系統(tǒng)連接、核反應(yīng)堆中直流蒸汽發(fā)生器的鈦合金管和不銹鋼管連接等領(lǐng)域都已有了成功應(yīng)用。用該合金管接頭代替深海水下焊接，施工方便，工程費用可大為減少。若用于空間狹窄焊接不便的管路連接，不僅施工方便，而且其密封性和承壓能力及可靠性均優(yōu)于焊接及螺母鎖緊連接。然而，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展對連接件提出更高的要求。例如航空動力技術(shù)的發(fā)展使得液壓和氣壓系統(tǒng)的壓力不斷提高，從而對管路連接用記憶合金的力學(xué)性能提出了更高的要求。另外，在TiNi基記憶合金做為智能驅(qū)動部件的許多場合需要更高的恢復(fù)力，從而對合金的力學(xué)性能(尤其是屈服強度)提出了更高的要求。因此改善NiTi記憶合金的力學(xué)性能(尤其是屈服強度)以滿足不斷發(fā)展的先進工業(yè)技術(shù)對NiTi基記憶合金需求具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金和加工工藝，通過調(diào)整合金成分并進行相應(yīng)的熱加工和熱處理工藝手段，研制出一種組織均勻，性能優(yōu)良的高強度NiTi基合金。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，按原子百分比計，合金化學(xué)成分如下Ti:4247%;Nb:3.58.0%;Mo:0.12.5%;余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)，如0、C、H等。其中，雜質(zhì)元素(按照重量百分比計)0《0.050%，C《0.070%，H《0.005%。所述合金化學(xué)成分中，Ti/Ni原子比范圍為0.9521.106。所述的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，主要用于制作耐高壓的液壓或氣壓管路系統(tǒng)的連接件或緊固件。所述的高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，其加工工工藝(熱加工和熱處理工藝)，包括如下步驟1)在870°C880。C下，保溫30分鐘/mm厚，空冷至室溫；2)在870°C88(TC下進行熱加工；
背景技術(shù)：
：33)在820°C86(TC下，保溫40分鐘60分鐘后進行固溶處理，水淬冷卻至室溫。本發(fā)明在NiTiNb形狀記憶合金的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整Ti/Ni原子比、Nb含量以及Mo含量，采用合理的制備及熱處理工藝，使得NiTi相的強度因Nb原子和Mo原子的固溶作用而強度增加，從而制備出高強度Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金。為了提高Ni-Ti記憶合金的力學(xué)性能，根據(jù)上述強化原理，采取了以下幾個措施1、調(diào)整Ti/Ni原子比和Nb含量，減小晶界附近共晶組織的形成，將更多的Nb溶入初生的NiTi相中，增加了合金的屈服強度；2、通過添加一定的Mo元素，進一步強化初生NiTi相的強度，從而增加合金的強度；3、通過適當(dāng)?shù)臒峒庸ず蜔崽幚砉に嚕鶆蚝辖鸾M織，增加合金的強度。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、顯著提高了記憶合金的力學(xué)性能，記憶合金的奧氏體屈服強度高于600MPa，斷裂強度可大于750MPa，延伸率可超過20%，最大可回復(fù)應(yīng)變可達(dá)到8%。2、本發(fā)明的四元合金可用于制作壓力較大的油壓或氣壓管路的連接件和緊固件。圖1為不同Mo含量的Ni-Ti-Nb-Mo合金微觀組織觀察1000X;其中，(a)-(d)Mo含量分別為0.lat.%;0.5at.%;1.Oat.%;1.5at.%。圖2為不同Mo含量的Ni-Ti-Nb-Mo合金在室溫拉伸時的曲線。圖3為真空感應(yīng)熔煉的Ni-Ti-Nb-Mo合金室溫拉伸曲線。圖4為真空感應(yīng)熔煉的Ni-Ti-Nb-Mo合金形狀記憶效應(yīng)(試驗溫度_196°C)。具體實施方式實施例1:采用純鈦(>99.7wt%)、純鈮(>99.9wt%)及Ni-Mo中間合金為原材料，利用真空感應(yīng)電弧爐冶煉不同Mo含量的Ni-Ti-Nb-Mo四元記憶合金，其成分見表1。冶煉的步驟如下1)首先將純鈦、純鈮和Ni-Mo中間合金加入電弧爐中，升溫至1310士1(TC熔化；2)熄弧冷卻，等合金凝固后再起弧，反復(fù)熔煉4-6遍，保證合金成分均勻；3)采用水冷銅坩堝，待鑄錠完全凝固后，開模取出。在熔煉過程中采用Ni-Mo中間合金，保證高熔點的Mo在較低溫度能完全熔化，增加元素分布的均勻性，降低了合金的熔化溫度，減少合金的燒損。熱加工和熱處理工藝包括如下步驟1)在88(TC下保溫2小時后，空冷至室溫；2)在87(TC下進行鍛造和軋制；3)在86(TC下保溫40分鐘，水淬冷卻至室溫。經(jīng)過軋制和熱處理后合金的組織見圖1(a)-(d)。圖中可見，隨著Mo元素的添加，合金的P-Nb顆粒在晶界上的析出增多，但未見有明顯的富Mo相析出，這表明大量的Nb以及加入Mo均溶入NiTi基體當(dāng)中，從而起到固溶強化的作用。這種固溶強化作用將使得記憶合金的強度增加。圖2為合金在室溫下拉伸曲線，可見隨著Mo含量的增加，合金的屈服強度和斷裂強度均有明顯的增加，但是延伸率隨著Mo含量的增加而有所降低。表1合金的化學(xué)成分主要成分化學(xué)成分(at%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2:采用純鈦(>99.7wt%)、純鈮(>99.9wt%)、純鎳99.9wt%)和純鉬(>99.9wt%)為原材料，利用真空感應(yīng)熔煉，采用CaO坩堝，冶煉10Kg的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金。其成分為Ti:46.3at.%;Nb:4.5at.%;Mo:0.46at.%，余量為Ni及不可避免的雜質(zhì)。按照實施例l進行加工和熱處理，適當(dāng)調(diào)整時間，其組織與實施例1中的O.5Mo合金接近。圖3為其室溫的拉伸曲線，可以看出，該合金具有較高的屈服強度和斷裂強度，屈服強度接近650MPa，斷裂強度接近850MPa，延伸率為28%。圖4為在_1961:測量該合金的形狀記憶效應(yīng)曲線圖。從圖中發(fā)現(xiàn)，該合金在形變量為14X的情況下，加熱至20(TC，最大可回復(fù)應(yīng)變約為8X，可達(dá)到甚至超過NiTi二元形狀記憶合金的水平(68%)。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明通過調(diào)整Ni-Ti-Nb-Mo四元合金中Ti/Ni比、Nb含量和Mo的含量，通過減小13-Nb在晶界上析出的數(shù)量，利用Nb和Mo對基體的固溶強化作用來提高記憶合金的力學(xué)性能，從而制備出高強度的形狀記憶合金，用于制作寬滯后的記憶合金管接頭。權(quán)利要求一種高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，其特征在于按原子百分比計，合金化學(xué)成分如下Ti42～47％；Nb3.5～8.0％；Mo0.1～2.5％；余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)。2.按照權(quán)利要求1所述的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，其特征在于所述合金化學(xué)成分中，Ti/Ni原子比范圍為0.9521.106。3.按照權(quán)利要求1所述的高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金的應(yīng)用，其特征在于該記憶合金主要用于制作耐高壓的液壓或氣壓管路系統(tǒng)的連接件或緊固件。4.按照權(quán)利要求1所述的高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金的加工工藝，其特征在于，包括如下步驟1)在870°C880。C下，保溫30分鐘/mm厚，空冷至室溫；2)在870°C88(TC下進行熱加工；3)在820°C86(TC下，保溫40分鐘60分鐘后進行固溶處理，水淬冷卻至室溫。全文摘要本發(fā)明涉及形狀記憶合金的改進技術(shù)，具體地說是設(shè)計了一種高強度的Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金和加工工藝。按原子百分比計，合金化學(xué)成分如下Ti42～47％；Nb3.5～8.0％；Mo0.1～2.5％；余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明在NiTiNb形狀記憶合金的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整Ti/Ni原子比、Nb含量以及Mo含量，采用合理的制備及熱處理工藝，使得NiTi相的強度因Nb原子和Mo原子的固溶作用而強度增加，從而制備出高強度Ni-Ti-Nb-Mo四元形狀記憶合金，其室溫奧氏體屈服強度可達(dá)到600MPa以上，斷裂強度可達(dá)到750MPa以上，延伸率可超過20％，最大可回復(fù)應(yīng)變可達(dá)到8％。本發(fā)明的記憶合金主要用于制作耐高壓的液壓和氣壓管路系統(tǒng)的連接件和緊固件。文檔編號C22C19/03GK101713037SQ200810013570公開日2010年5月26日申請日期2008年10月8日優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日發(fā)明者姜海昌,戎利建,趙明久,閆德勝,陳英申請人:中國科學(xué)院金屬研究所