专利名称：一种耐磨镍钛基合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高硬度、优良耐磨性和耐蚀性的镍钛基合金及其制备方法。具体地说，是一种Ni-Ti-Al-V-Ce合金及其制备方法。
背景技术：
闻速轴承材料是闻铁、闻客、风电工程、航空、航天等重大技术装备的关键材料及零部件，轴承材料应具有高抗塑变能力，高硬度，耐磨性，轴承制品要有很好的旋转精度、尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命和良好的机械加工性能。传统的轴承材料，如M50、E52100、不锈钢440C等，由于具有高的硬度、易于制造和良好的摩擦学性能而广泛使用，但由于这些材料及其合金存在一些缺点I、轴承钢多为过共析钢，有相当数量的碳化物，这些碳化物颗粒大小及分布状态，·对轴承的耐磨性及疲劳寿命都有很重要的影响。在应用上表现为轴承的稳定性较差。2、铁基合金的耐腐蚀性差，不利于在复杂环境中长时间服役，提高了设备部件更换、维修费用。3、高速运行下，因材料的磁性导致大的偏向力。由于钛具有低密度、高强度、耐腐蚀、无磁性、工作区宽、加工成形性好等诸多特点，成为无可替代的新型结构材料和重要的工程机械材料。广泛应用于新能源、航空航天及军工等领域。作为铁路机车及轨道交通用高速轴承材料，高硬度抗磨损钛合金成为一个研发热点，其中，美国Glenn Research Center, Cleveland, Ohio报道的NiTi60合金因具有很高的硬度和优良耐磨性，而备受关注。
发明内容
本发明是在NiTi60合金的基础上，适当降低重金属Ni合金元素的含量，加入一定的Al、V合金元素和微量稀土 Ce，在保持NiTi60合金各项性能的同时还具有高硬度、抗磨损等特性。该镍钛基合金的特征在于该合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五种元素组成，按重量百分比为Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5% -2. 5%, Ce 0. 5% -I. 5%, Ti 余量(包括不可避免的杂质)。本发明合金成分设计的主要原则为I、金属间化合物60NiTi，含有60%的镍和40%的钛，具有(B2)CsCl晶体结构，同时含有离子键和原子比为3 2的共价键，提高了材料的稳定性。相对于陶瓷TiC、Ti02，B2型NiTi具有较少的共价键，表现为良好的韧性、导电性、化学反应。但相对于金属钛合金，Ni与Ti之间的共价键具有方向性，结合力很强，表现为陶瓷一样的耐磨性。2、稀土元素Ce的添加作用细化晶粒，提高强度、硬度；强化粘结相Ni，提高合金的耐磨性；脱O、溶H作用，降低合金的含氢量和针孔率。3、Al、V的添加作用有助于形成第二相颗粒，起到颗粒强化的作用，有效提高合金的硬度。
4、本发明的目的还在于其经济性。本发明的耐磨镍钛合金，相对于NiTieo合金，一方面，用低价的Al、V代替了部分Ni元素，使合金材料的制备成本降低。本发明涉及的合金制备方法，包括以下步骤I、采用真空感应熔炼方法获得成分均匀的Ni-Ti-Al-V-Ce合金。2、熔炼获得Ni-Ti-Al-V-Ce合金铸锭，在800°C 1000°C温度范围进行热加工处理。3、经上述处理的Ni-Ti-Al-V-Ce合金，进行固溶时效处理，获得各种规格棒材。步骤I中，稀土元素Ce以粉末形式加入，Al、V以中间合金形式加入。步骤I中，首先将海绵钛、电解镍、铝钒合金、Ce粉按一定比例均匀配置成合金料， 合金料经压制、焊接成电极杆，再经真空感应熔炼成铸锭。步骤2中，所述热加工处理包括锻造、轧制，其变形量为60% 90% ;开坯锻造温度 900 0C -IOOO0C ;轧制温度 800 0C -900。。。步骤3中，所述固溶时效处理，其固溶温度800°C _900°C，保温时间O. 5-1小时，采用水淬或空冷；时效处理在加热温度300°C _450°C下进行，保温时间4-12小时，空冷。与现有技术相比，本发明具有以下特点I、该发明合金经过适当加工处理后，硬度高、特有的自润滑效应，耐磨性好，使其成为独特的轴承材料。2、该发明合金的密度为6. 7g/cm3，相对传统轴承钢具有更高的比强度、比刚度。3、该发明合金，具有优良的耐腐蚀性，适用于酸、碱等腐蚀较强的环境。4、稀土元素的加入，使合金的组织更加均匀、细化，材料表现出良好的尺寸稳定性和结构性能。5、该发明合金无磁性，高速运行不产生离心力。6、该发明合金由于低价元素的加入，使合金的成本大大降低，具有很高的性价比。
具体实施例方式一种耐磨镍钛基合金及其制备方法，其特征在于该合金主要由Ti、Ni、Al、V、Ce五种元素组成，按重量百分比为Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5% -2. 5%, Ce
0.5% -1.5%, Ti :余量(包括不可避免的杂质)。其中杂质元素总含量< O. 10%，并且碳^0.015%,K O. 005%,氢彡O. 001 %，氧彡O. 03%。采用海绵钛、电解镍、99. 9%的Ce粉为原料，通过压制、焊接制备合金成分均匀分布电极杆，经感应熔炼炉熔炼成铸锭。然后经锻造、轧制、热处理等加工工序制造出本发明的合金。开坯锻造在加热温度900°C -IOOO0C下进行；轧制加热温度在800°C _900°C下进行。固溶温度800°C _900°C，保温时间O. 5-1小时，采用水淬或空冷；时效处理在加热温度300°C _450°C下进行，保温时间4-12小时，空冷。本发明的钛合金的应用可以是板、棒、丝、管，以及这些材料的机加制品。实施例I :采用I级海绵钛、电解镍、AlV合金颗粒和Ce粉为原料，按表I名义成分配制三种成分的合金料。表I合金的成分配比
权利要求
1.一种耐磨镍钛基合金及其制备方法，其特征在于该合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五种元素组成，按重量百分比为Ni 57% -63%, V 2% -4%, Al 0. 5 % -2. 5 %。Ce 0.5% -1.5%, Ti :余量(包括不可避免的杂质)。其中杂质元素总含量< O. 10%，并且碳(O. 015%，氮彡 O. 005%，氢彡 O. 001%，氧彡 O. 03%。
2.根据权利要求I所述的一种耐磨镍钛基合金及其制备方法，其特征在于该合金的硬度(586 ^ Hv ^ 608)，并且耐磨、无磁、耐蚀、比强度高。
3.根据权利要求I所述的一种耐磨镍钛基合金及其制备方法，其特征在于其合金元素中，铝元素、钒元素以铝钒合金形式加入。
4.根据权利要求I所述的一种耐磨镍钛基合金及其制备方法，开坯锻造温度9000C -1000°C;轧制温度800°C _900°C，固溶处理温度800°C _900°C，保温时间O. 5-1小时，水淬；时效处理在加热温度300°C _450°C下进行，保温时间4-12小时，空冷。
全文摘要
本发明为一种耐磨镍钛基合金及其制备方法。本发明涉及一种具有高硬度、低密度、无磁性、优良耐磨性和耐蚀性的镍钛基合金的组分构成及其制备方法。该镍钛基合金的特征在于该合金主要由Ni、Ti、Al、V、Ce五种元素组成，按重量百分比为Ni57％-63％、V2％-4％、Al0.5％-2.5％、Ce0.5％-1.5％、Ti余量。该合金制备方法的特征是采用海绵钛、电解镍、99.9％的Ce粉为原料，经感应熔炼炉熔炼成铸锭。经锻造、轧制、热处理等加工工序制造出本发明的合金。固溶时效态该合金硬度Hv＝580～620。
文档编号C22C1/03GK102888535SQ201110205940
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者林海峰, 曹继敏, 杨华斌, 毛江虹, 罗斌莉, 杨宏进, 薛飒, 牛中杰 申请人:西安赛特金属材料开发有限公司