本發(fā)明為一種鈦鎳合金添加少量鋁釩均勻布料方法。

背景技術(shù)：

鎳鈦合金是由鎳和鈦組成二元合金，由于受到溫度和機(jī)械壓力的改變而存在兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)相，即奧氏體相和馬氏體相。鎳鈦合金冷卻時的相變順序為母相（奧氏體相）-R相-馬氏體相。R相是菱方形，奧氏體是溫度較高（大于同樣地：即奧氏體開始的溫度）的時候，或者去處載荷（外力去除Deactivation）時的狀態(tài)，立方體，堅硬。形狀比較穩(wěn)定。而馬氏體相是溫度相對較低（小于Mf：即馬氏體結(jié)束的溫度）或者加載（受到外力活化）時的狀態(tài)，六邊形，具有延展性，反復(fù)性，不太穩(wěn)定，較易變形。

鎳鈦合金的特殊性能：1、形狀記憶特性（shape memory）形狀記憶是當(dāng)一定形狀的母相由Af溫度以上冷卻到Mf溫度以下形成馬氏體后，將馬氏體在Mf以下溫度形變，經(jīng)加熱至Af溫度以下，伴隨逆相變，材料會自動恢復(fù)其在母相時的形狀。實際上形狀記憶效應(yīng)是鎳鈦合金的一個由熱誘發(fā)的相變過程。2、超彈性（superelastic）所謂的超彈性是指試樣在外力作用下產(chǎn)生遠(yuǎn)大于起彈性極限應(yīng)變量的應(yīng)變，在卸載時應(yīng)變可自動恢復(fù)的現(xiàn)象。即在母相狀態(tài)下，由于外加應(yīng)力的作用，導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變發(fā)生，從而合金表現(xiàn)出不同于普通材料的力學(xué)行為，它的彈性極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通材料，并且不再遵守虎克定律。和形狀記憶特性相比，超彈性沒有熱參與。總而言之，超彈性是指在一定形變范圍內(nèi)應(yīng)力不隨應(yīng)變的增大而增大，可將超彈性分為線性超彈性和非線性超彈性兩類。前者的應(yīng)力-應(yīng)變曲線中應(yīng)力與應(yīng)變接近線性關(guān)系。非線性超彈性是指在Af以上一定溫度區(qū)間內(nèi)加載和卸載過程中分別發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變及其逆相變的結(jié)果，因此非線性超彈性也稱相變偽彈性。鎳鈦合金的相變偽彈性可達(dá)8%左右。鎳鈦合金的超彈性可隨著熱處理的條件的變化而改變，當(dāng)弓絲被加熱到400℃以上時，超彈性開始下降。

本發(fā)明冷速大于0.5℃/s時，冷速對全脫碳層深度影響不大，但冷速決定全脫碳層的形貌；冷速較大(5℃/s)的全脫碳層鐵素體為等軸鐵素體，這些鐵素體之間鑲嵌著點狀的珠光體；而冷速較小(0.5℃/s)的全脫碳層鐵素體為長條狀，且其生長方向為垂直表面，鐵素體之間沒有點狀的珠光體。在高溫段保溫一段時間的情況下，α+γ兩相區(qū)加熱對全脫碳層深度的影響很??；在高溫段不保溫的情況下，α+γ兩相區(qū)加熱產(chǎn)生的全脫碳層會遺留到試樣的最終表面，適用于鈦鎳合金添加少量鋁釩均勻布料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明鈦鎳合金添加少量鋁釩均勻布料方法是利用碳在馬氏體與奧氏體之間的擴(kuò)散分配實現(xiàn)鋼的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能調(diào)控，是近年來鋼鐵材料領(lǐng)域的重要研究方向。基于碳的完全均勻分配，Speer提出了淬火-分配(Q-P)熱處理工藝，本文總結(jié)了近年Q-P工藝碳分配機(jī)理研究和工藝實踐。同時，根據(jù)碳在奧氏體和馬氏體中的擴(kuò)散分配過程分析，提出了碳的梯度擴(kuò)散分配與控制理念，并開發(fā)出了分級-淬火-分配(S-Q-P)工藝，希望能獲得低碳馬氏體、殘留奧氏體、高碳馬氏體相間分布的組織。對35SiMn鋼分別進(jìn)行淬火-回火(Q-T)、Q-P及S-Q-P工藝試驗，并測量力學(xué)性能及觀察顯微組織。結(jié)果表明，S-Q-P工藝處理后鋼的強(qiáng)塑性積達(dá)到31.2GPa%(1240MPa×25%)，比傳統(tǒng)Q-T和現(xiàn)行Q-P工藝分別提高67%和32%，其顯微組織也接近于工藝設(shè)計的理想組織，證明了利用碳的梯度擴(kuò)散分配可以實現(xiàn)對鋼的組織與性能的調(diào)控。

發(fā)明鈦鎳合金添加少量鋁釩均勻布料方法是近年來，出于保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和資源的考慮，各國都加強(qiáng)了新型高強(qiáng)韌性鋼的研究，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與器件輕量化，控制鋼鐵產(chǎn)量，降低能耗。在第一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼(AHSS)的探索中，開發(fā)出了雙相鋼(DP)，馬氏體鋼(MART)，形變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、復(fù)相鋼(CP)等，第一代AHSS普遍塑性較差，強(qiáng)塑積低。第二代AHSS包括富錳的孿晶誘導(dǎo)塑性鋼(TWIP)和富鋁的輕量鋼等，具有非常好的強(qiáng)塑性組合，但是其合金化程度較高，增加了鋼的成本，從而限制了第二代AHSS的發(fā)展。第三代AHSS需要有相對第一代AHSS更加優(yōu)異的強(qiáng)塑性組合，同時又要保持較低的合金化程度，保證低成本的要求。第三代AHSS以馬氏體/奧氏體為重要的組織特征。在馬氏體/奧氏體鋼的探索上，鋼中碳的分配與控制是非常重要的手段，只有奧氏體中富集的碳達(dá)到了一定的程度，才能在室溫保留下來成為殘留奧氏體，發(fā)揮增強(qiáng)塑韌性的作用。之前的一些研究工作發(fā)現(xiàn)，在淬火過程中，馬氏體板條間的奧氏體會增碳，早期文獻(xiàn)也討論過碳在馬氏體和奧氏體之間的分配，但都沒有引起足夠的重視。2003年，受到含硅和錳的TRIP鋼開發(fā)的啟示，Speer等首創(chuàng)了淬火-分配(Q-P)工藝。通過將含硅和錳的鋼淬火至Ms與Mf之間某一溫度，形成馬-奧混合組織，隨后在一定分配溫度下保溫，利用碳在奧氏體和馬氏體中的化學(xué)位差異形成碳從馬氏體向其相鄰的奧氏體中擴(kuò)散，奧氏體富碳導(dǎo)致其Ms點降低，達(dá)到一定程度即可在后續(xù)淬火后形成殘留奧氏體，通過控制殘留奧氏體量以獲得優(yōu)異的綜合性能。試驗證明，經(jīng)過Q-P處理后，材料的室溫殘留奧氏體量得到了提升，其性能與傳統(tǒng)淬火-回火(Q-T)工藝相比也有較大優(yōu)勢。

發(fā)明鈦鎳合金添加少量鋁釩均勻布料方法是作為Q-P工藝的理論基礎(chǔ)，碳的分配過程受到了研究者的廣泛關(guān)注，最早的關(guān)于碳分配的理論模型是Speer等提出的熱動力學(xué)模型，即“限制條件碳準(zhǔn)平衡”(CCE)模型，該模型提出了以下3點假設(shè)：①在分配過程中只有碳原子發(fā)生長程擴(kuò)散，馬氏體/奧氏體界面固定不動;②碳從馬氏體向奧氏體分配的過程是完全的，碳最終幾乎全部擴(kuò)散進(jìn)入奧氏體中;③競爭反應(yīng)(如碳化物析出、貝氏體形成)完全被抑制。CCE模型是一個理想化的模型，隨著研究的深入，研究者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其中的諸多假設(shè)并不符合實際條件。如競爭反應(yīng)在許多試驗中被證實是不能被完全抑制的，如貝氏體的形成，另外碳化物的析出也是不能被忽略的。鐘寧等對低碳鋼進(jìn)行Q-P處理，發(fā)現(xiàn)馬/奧界面在分配溫度較高、保溫時間較長時發(fā)生移動，對分配過程中碳擴(kuò)散和馬/奧相界面遷移的耦合模擬結(jié)果表明，低碳鋼馬/奧相界面可產(chǎn)生數(shù)十納米的位移。Speer等[16]也注意到了馬/奧界面的遷移及其對碳分配和最終組織的影響，但迄今尚未建立有效的模型描述界面移動對碳分配過程的影響。在分配過程中，碳無法全部進(jìn)入奧氏體中，有關(guān)低碳鋼的試驗研究發(fā)現(xiàn)Q-P處理后馬氏體中還殘留有大約0.1wt%碳，Bigg等的研究表明馬氏體中的晶體缺陷會阻礙碳的擴(kuò)散。

具體實施方式

實施例1：在Q-P工藝基礎(chǔ)上，徐祖耀等提出了淬火-分配-回火(Q-P-T)工藝，在鋼中加入強(qiáng)碳化物形成元素Nb、Mo、V等，使其在分配階段發(fā)生碳化物析出反應(yīng)，利用彌散分布的碳化物進(jìn)一步強(qiáng)化組織。Q-P-T工藝處理含0.028wt%Nb的中碳鋼強(qiáng)塑性積達(dá)到30GPa%，處理0.4C-2.0Mn-1.8Si-0.5Cr(wt%，下同)鋼，獲得了貝氏體/馬氏體/殘留奧氏體的三相組織，強(qiáng)塑性積達(dá)到31.4GPa%(1655MPa×19%)。Edmonds等也提出了在分配階段析出細(xì)小彌散的ε過渡碳化物以強(qiáng)化組織。Chen等[20]將形變誘導(dǎo)鐵素體轉(zhuǎn)變(DIFT)技術(shù)與Q-P工藝相結(jié)合，應(yīng)用于TRIP780鋼，獲得了19.2GPa%(1200MPa×16%)的強(qiáng)塑性積。最近，Speer等針對CMnSi鋼進(jìn)行了系列研究，同時關(guān)注Mn在鋼中的擴(kuò)散分配及其對奧氏體的穩(wěn)定作用。

實施例2：利用碳在馬氏體與奧氏體之間的擴(kuò)散分配實現(xiàn)鋼的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能調(diào)控，是近年來鋼鐵材料領(lǐng)域的重要研究方向。通過對碳在馬氏體/奧氏體間分配過程的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在碳分配過程中，馬氏體迅速貧碳而奧氏體中碳濃度由邊界至中心呈梯度分布，由此提出了碳的梯度擴(kuò)散分配與控制理念，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了分級-淬火-分配(S-Q-P)工藝，希望能獲得低碳馬氏體、殘留奧氏體、高碳馬氏體相間分布的理想組織。選取35SiMn鋼進(jìn)行熱處理試驗，發(fā)現(xiàn)S-Q-P工藝處理后35SiMn鋼的抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率及強(qiáng)塑性積分別達(dá)到1240MPa、25%和31.2GPa%，強(qiáng)塑性積比傳統(tǒng)Q-T和現(xiàn)行Q-P工藝分別提高67%和32%，S-Q-P工藝處理后的35SiMn鋼顯微組織呈現(xiàn)孿晶(高碳)馬氏體、殘留奧氏體、板條馬氏體相間分布的組織形式。這證明碳的梯度擴(kuò)散分配與控制理念是可行的新一代AHSS的方向，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>