[发明专利]镍-钛合金的热机械处理

说明书

技术领域

本说明书中涉及用于生产镍-钛合金轧制产品的方法以及通过本说明书中所描述的方法制得的轧制产品。

发明背景

等原子的和近等原子的镍-钛合金具有“形状记忆”和“超弹性”二者的属性。更具体地，已知当通常被称为“镍钛诺(Nitinol)”合金的这些合金冷却至低于该合金的马氏体开始温度(martensite start temperature)(“M_s”)时，这些合金经历从母相(通常称为奥氏体相(austenite phase))到至少一个马氏体相(martensite phase)的马氏体相变(martensitic transformation)。当冷却至该合金的马氏体结束温度(martensite finish temperature)(“M_f”)时完成该相变。此外，当材料被加热到高于其奥氏体结束温度(austenite finish temperature)(“A_f”)的温度时，该相变是可逆的。

这种可逆的马氏体相变产生了合金的形状记忆属性。例如，镍-钛形状记忆合金可被制成仍在奥氏体相中的第一形状(即，在高于合金的A_f的温度)，随后被冷却至低于M_f的温度并变形为第二形状。只要材料保持低于该合金的奥氏体开始温度(austenite start temperature)(“A_s”)(即，开始转变成奥氏体时的温度)，该合金将保持所述第二形状。然而，如果形状记忆合金被加热到高于A_f的温度，则该合金将恢复到所述第一形状,如果没有被物理约束或当被约束可以施加应力至另一制品上时。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体热诱导转变(thermally-induced transition)，并因此称为术语“形状记忆”。

在奥氏体相和马氏体相之间的相变还产生了形状记忆镍-钛合金的“拟弹性”或“超弹性”属性。当形状记忆镍-钛合金在高于该合金的A_f温度但在低于所谓的马氏体变形温度(martensite deformation temperature)(“M_d”)的温度下产生应变时，该合金可经历从奥氏体相到马氏体相的应力诱导相变。因此所述M_d被定义成大于该马氏体不能被应力诱导时的温度的温度。当在A_f和M_d之间的温度下将应力施加于镍-钛合金时，在小的弹性变形之后，该合金通过从奥氏体至马氏体的相变而屈服于所施加的应力。这种相变，结合马氏体相在所施加的应力下通过由孪晶界(twinned boundary)的移动变形而不产生位错(dislocation)的能力，允许镍-钛合金通过无塑性(即永久)变形的弹性变形来吸收大量的应变能。当应变被去除时，该合金能够恢复回到其非应变的状态，并因此称为术语“拟弹性”。镍-钛合金通常可实现高至8％的可回收应变，原因在于可逆的奥氏体至马氏体应力诱导转变(stress-induced transition)，并因此称为术语“超弹性”。因此，超弹性镍-钛合金宏观上似乎相对于其他合金是非常有弹性的。当针对镍-钛合金使用时术语“拟弹性”和“超弹性”是同义的，并且术语“超弹性”用在本说明书中。

形状记忆和超弹性镍-钛合金的独特性能的产生商业用途的能力部分地取决于在这些相变发生时的温度，即，该合金的A_s、A_f、M_s、M_f和M_d。例如，在诸如血管支架、血管过滤器和其他医疗设备的应用中，通常重要的是镍-钛合金在体温范围内(即，A_f≤～37℃≤M_d)呈现超弹性的特性。已经观察到，镍-钛合金的转变温度高度依赖于组成。例如，已经观察到，镍-钛合金的转变温度对于该合金组成中的1原子百分比变化而言可以变化超过100K。