[发明专利]一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛镍丝材的制备方法，特别是一种高塑性钛镍形状记忆合金Ti-Ni51at％丝材的制备方法。

背景技术

钛镍基形状记忆合金是20世纪六十年代兴起的一种具有形状记忆、超弹性和高阻尼三大特性的新型金属功能材料，同时还具有优良的生物相容性，应用已遍及电子、机械、宇航、能源、医疗卫生及生活日用品等领域。

等原子比Ti-Ni合金材料的主要应用特点是超弹性和形状记忆效应，包括合金相变点、恢复应力和恢复率等参数，化学成分是影响合金性能的最敏感因素。当Ni含量小于50.5at％时，Ti-Ni合金的超弹性性能较差；Ni含量越高，超弹性性能越好，但Ni含量达到51at％时，合金会变脆。

从Ti-Ni二元合金相图分析，由于TiNi的均相区上宽下窄，随着温度的降低，会析出脆性相Ti₂Ni、TiNi₃等。Ti-Ni51at％合金中Ni含量较多，析出脆性相会更多、更复杂，使得材料的塑性下降。

另外，现有的合金熔炼方法也存在降低材料塑性的隐患。等原子比钛镍合金铸锭一般都采用中频感应熔炼的方式获得，虽然这种方法能够得到组织均匀，成分配比合适的铸锭。但是由于熔炼设备本身及熔炼工艺的限制，一般制备20Kg以下的小型铸锭，且合金的流动性较差，以及浇注条件的限制，不可避免地产生气孔、冷隔等缺陷，降低了材料的加工性能。TiNi合金熔炼真空自耗+真空感应熔炼法或真空凝壳+真空自耗熔炼法等两真空熔炼相结合的方法多用于试验对比论证，且由于焊接、成分控制及生产成本等方面的问题不能转化为可生产的稳定工艺，未普遍使用。

Ti-Ni51at％由于Ni含量较高，奥氏体转变终了温度Af约-15℃，在不同地域，尤其是温度较低的环境仍具有良好的超弹性性能。尤其作为眼镜架用TiNi丝材，相比Ni含量较低的TiNi合金具有更好的稳定性，成为高端眼镜架首选用TiNi丝材。同时，随着眼镜架厂家自动律线工艺的实施，要求丝材的一次冷变形量达到80％以上。因此，高塑性TiNi51合金丝材的研制成为必然的趋势。

发明内容

本发明的构思是：采用中频感应熔炼与真空自耗熔炼相结合的方法一方面消除一次锭的铸造缺陷，得到纯净、均匀的铸锭。同时实现钛镍合金大型铸锭，提高生产效率及材料的批次稳定性。然后对铸锭进行高温均匀化，降低材料中的脆性相；再经过锻造、轧制加工成丝坯；最后拉拔、矫直处理生产出成品丝材。

一种高塑性TiNi51合金丝材的制备方法，先采用真空感应炉熔炼制备钛镍合金一次铸锭，再将钛镍合金一次铸锭组焊作为自耗电极进行真空自耗熔炼成为钛镍合金二次铸锭，然后将钛镍合金二次铸锭经过均匀化处理、锻造、轧制、拉拔和矫直后，获得TiNi51合金丝材。

所述真空感应炉为25Kg中频真空感应炉，钛镍合金一次铸锭的重量为15Kg，钛镍合金二次铸锭的重量为45～150Kg。

所述均匀化处理的工艺参数是：温度950～1150℃、保温时间4～8h。

所述锻造的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间2～3h。

所述轧制的工艺参数是：温度800～1000℃、保温时间1～2h。

所述拉拔的工艺参数是：温度500～800℃，采用石墨乳润滑的热拉拔工艺。

所述矫直处理的工艺参数是：温度800～950℃、速度5～20mm/s，水冷。

所述TiNi51合金丝材的一次冷变形量可达80％以上。

所述TiNi51合金是指镍含量处于50.8～51.2at％的钛镍二元合金。

所述TiNi51合金丝材的直径Φ≤6.5mm。

本方法可以实现Ti-Ni51at％合金丝材的制备，其中Ni％处于50.8at％～51.2at％之间，丝材直径Φ≤6.5mm，丝材的一次冷变形量达到80％以上。满足了电子、机械、宇航、能源、医疗卫生及生活日用品等各领域的要求。

本发明的有益效果：通过三方面改进，采用感应熔炼与自耗熔炼相结合的熔炼工艺，得到匀质、纯净、大规格的钛镍铸锭；高温均匀化处理减少了材料中的脆性相；合理的热加工及成品矫直工艺，提高了材料的塑性加工性能。制备出大锭型、均匀稳定、高塑性的Ti-Ni51at％合金丝材。

附图说明

图1：TiNi51at％-Φ2.0mm合金丝材的金相图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明的具体技术方案按照下列步骤：