专利名称：一种提高镍钛钒记忆合金超弹性的中温处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于记忆合金领域，特指一种提高镍钛钒记忆合金超弹性的中温处理工艺。
背景技术：
近几年来，NiTi基记忆合金以其优良的记忆效应、超弹性和良好的机械加工性能而受到广泛的应用。处于超弹性状态的NiTi基形状合金具有好的弹性、比强度、生物兼容性、耐腐蚀、耐摩擦和高阻尼的特性而具有重要的实用价值。目前对记忆合金超弹性的研究主要集中在NiTi上，中温处理温度对冷变形NiTi合金试样的应力一应变曲线有显著的影响。随着中温处理温度的升高，应力滞后增大，应力-应变曲线上对应的应力诱发马氏体相 变的平台变的越来越明显。就时效时间来说，当NiTi合金在适当的温度保温一定的时间时，会在NiTi合金内析出一种Ni4Ti3强化相，这种强化相的析出能极大的强化基体。镍钛钒记忆合金虽然已经批量投入生产，但是纵观学术界，关于镍钛钒记忆合金的超弹性的研究相当缺乏，关于中温处理对镍钛钒超弹性的研究还很少，本发明旨在通过对镍钛钒记忆合金相变和超弹性的研究而指导其在生产方面的应用。本发明提出一种提高镍钛钒记忆合金超弹性的中温处理工艺。
发明内容
本发明提出使镍钛钒呈现出完全非线形超弹性的中温处理工艺，能在生产过程中起指导作用。本发明提出一种提高镍钛钒记忆合金超弹性的中温处理工艺，其特征为对镍钛钒记忆合金(成分范围为Ni:55. 5 57. 3wt% ； Ti:41. 8 43. 4wt% ；V:0. 57 0. 73wt%。相变点Af=-35°C _5°C)进行中温处理，当中温处理温度为440°C时，保温20min可以呈现出完全的非线性超弹性，此时镍钛钒记忆合金超弹性达到最佳范围。镍钛钒丝材分别经过410°C、440°C、460°C、490°C中温处理后，放在WDW — 10微机控制电子式万能拉伸试验机上进行拉伸试验，试验的加载速率为IKN / min，到0. 7KN保持5秒钟后，以IKN / min的速率卸载，再继续以IKN / min的速率加载到0. 7KN保持5秒钟后，以IKN / min的速率卸载，不断的进行循环加载卸载，得到不同的拉伸试验曲线，图I —图6所示。通过拉伸力一变形量曲线我们可以看出，当试样在410°C保温20min时，有一定的残余变形，不能呈现完全的非线性超弹性。变形时每个晶粒要受到晶界和相邻不同晶粒的约束。当多晶体形状记忆合金受外力的作用时，晶粒的变形首先发生在取向有利的晶粒中。由于多晶体中每个晶粒的取向不同，晶粒的开始相变应力不相同，弹性极限也不相同。所以在加载过程中，某些晶粒首先达到一定的应力水平，从而发生塑性变形，卸载时变形量不能完全恢复，从而产生残余变形。随着加热温度的提高，当试样在440°C保温IOmin时，试样的弹性明显提高，保温时间继续增加到20min时，曲线表现出完全的非线性超弹性，见图2。当加热的温度达到460°C时，保温时间20min，从拉伸曲线上可以看出有较大的残留变形，不能表现出完全的非线性超弹性，见图3。当加热的温度升高到490°C，曲线中仍然有很大残留变形，见图4。图5和图6表明，在上述成分范围内，当试样在440°C保温20min时，都表现出完全的非线性超弹性。热一机械处理是提高母相强度获得完全超弹性的主要手段。在较低的温度作用下，冷变形引入的位错在母相中得到强化，应力诱发马氏体的临界切应力提高，从而改善超弹性的性能。同时，在试样接受热处理的时候，可以显著提高铸态组织中的微观缺陷密度，使组织更加均匀，也会使母相的强度得到增强，弹性增加。可以看出，当温度低于440°C时，拉伸曲线中的残留变形明显的减小，而且在440°C保温20min时表现出完全的非线性超弹性，但是当温度继续升高时，从曲线上可以看出，试样的残留变形不断增大，也就是说弹性在不断减弱。这是因为当温度升高时，位错密度下降，母相的强化效应减弱，应力诱发马氏体相变的应力下降，超弹性效应遭到破坏。记忆合金在经过一定工艺处理后会呈现出超弹性特性，这是由于在Af点以上加 载、卸载过程种发生切应力诱发马氏体转变及逆转变。超弹性的产生有两个条件一是母相的屈服强度高，以推迟塑性变形；二是使用(变形)温度在Af (马氏体逆转变终了温度)以上，使应力诱发马氏体卸载后立即发生逆相变，从上述试验结果来看，试样的温度以及保温时间对试样的超弹性有很大的影响。要使试样具有稳定的超弹性，温度应该在430°C保温20mino试样的弹性随着保温时间的增长而变强，这是由于镍钛钒在保温过程中析出一种强化相，该相的产生会对基体的强化起一定的作用。当保温时间合适时，这种强化相会比较细小而弥散，对基体的强化作用很大；但是保温时间太短时，强化相不能完全析出，对基体的强化力度减弱；在经过较长的保温时间之后强化相的晶粒会长大，对基体的强化作用下降。另一方面，我们知道要使形状记忆合金获得良好的超弹性，在冷加工后进行中温处理。在中温处理后试样会有一种析出相，该析出相会严重阻碍位错运动，可以使试样的超弹性得到改善。我们在对试样进行冷变形引入的位错在母相中保留，使母相明显强化，应力诱发马氏体的临界切应力较高，超弹性性能良好。随着温度的升高，位错的密度下降，母相的强化程度减弱，诱发马氏体转变的应力下降，直接导致试样在接受中温处理后超弹性性能随之遭到破坏。同时，我们也可以看出试样在过长的保温时间同样导致了超弹性的破环，这是由于在较高的温度和较长的保温时间处理之后，晶粒不断的增大，同样使位错的密度下降，而导致试样在中温处理后的弹性变差。
图I 410°C保温20min的拉伸力-应变曲线，图2 440°C保温20min的拉伸力-应变曲线，图3 460°C保温20min的拉伸力-应变曲线，图4 490°C保温20min的拉伸力-应变曲线，图5 440°C保温20min的拉伸力-应变曲线(实施例2的成分)，图6440°C保温20min的拉伸力-应变曲线(实施例3的成分)。由图I 6可见，在440°C保温20min时，镍钛钒呈现出完全的非线性超弹性，其超弹性达到最大值。
图7 410°C保温20min的扫描电镜照片，图8 440°C保温20min的扫描电镜照片，图9 460°C保温20min的扫描电镜照片，图10 490°C保温20min的扫描电镜照片。由图7 10可见，440°C保温20min时马氏体数量增加，交织的程度提高。因而记忆合金的超弹性最好。
具体实施例方式实施例I :
选取成分为Ni :56. 45wt% ；Ti:42. 88t% ；V: 0. 67wt%。，相变点Af=-15 °C的记忆合金丝材，按表I进行中温处理。选用长度为11cm，直径为I. 19mm的镍钛钒记忆合金的试验丝，采用表I所示的中温处理工艺。表I中温处理工艺 _号+IBB度細咖CaAO 街贿式—
1mm:to空
24101C15空
34101C20空
44101C25空<jMot*in
64401015空
84mn25空
9manio空
104601C15空
11權11020空
124W01C25空
134901C10空
144雜 1C15空
154 擁1020空
164901025空
经过中温处理的镍钛钒记忆合金丝在WDW - 10微机控制电子式万能拉伸试验机进行拉伸试验。拉伸试验得到不同的曲线(图I 4)，从曲线上可以看出，镍钛钒记忆合金的超弹性受中温处理的影响显著在440°C的中温处理温度下，保温20min呈现出完全的非线性超弹性，其超弹性达到最大值(见图2)。实施例2:
选取成分为，Ni: 55. 5wt% ；Ti : 41. 8t% ；V: 0.57%。相变点Af=-5 °C的记忆合金丝材。经过与实施例I相同的中温处理的镍钛钒记忆合金丝，在WDW — 10微机控制电子式万能拉伸试验机进行拉伸试验。得到如图5所示的曲线，从图5可以看出，镍钛钒记忆合金在440°C的中温处理温度下，保温20min呈现出完全的非线性超弹性，其超弹性达到最大值。实施例3:
选取成分为Ni : 57. 3wt% ；Ti : 43. 4t% ；V: 0. 73%。，相变点Af=-35°C的记忆合金丝材，经过与实施例I相同的中温处理的镍钛钒记忆合金丝，在WDW — 10微机控制电子式万能拉伸试验机进行拉伸试验。得到如图6所示的曲线，从图6可以看出，镍钛钒记忆合金在440°C的中温处理温度下，保温20min呈现出完全的非线性超弹性，其超弹性达到最大值。 将用于显微组织分析的镍钛钒记忆合金在XQ - 2型试样镶嵌机上镶嵌，镶嵌后的丝在经过打磨，抛光后用腐蚀剂(氢氟酸硝酸=1:2. 5)腐蚀。经腐蚀后的试样放在显微镜下观察。由金相组织图(图7 10)可以看出，镍钛钒记忆合金在中温处理后存在热弹性马氏体，当中温处理温度过高时(460°C以上)，马氏体数量减少，交织的程度降低，母相的强化效应减弱，因而超弹性效应遭到破坏。
权利要求
1.ー种提高镍钛钒记忆合金超弾性的中温处理工艺，其特征为对镍钛钒记忆合金进行中温热处理，其成分范围为Ni:55. 5 57. 3wt% ； Ti:41. 8 43. 4wt% ；V:0. 57 O. 73wt%，相变点Af=-35°C -5°C，当中温处理温度为410 490°C时，保温20min时，镍钛钒记忆合金具有较好的超弾性。
2.根据权利要求I所ー种提高镍钛钒记忆合金超弾性的中温处理工艺，当中温处理温度为440°C时，保温时间为20min吋，镍钛钒形状记忆合金为完全的非线性超弾性，同时记忆合金超弹性达到最大值。
全文摘要
一种提高镍钛钒记忆合金超弹性的中温处理工艺，属于记忆合金领域，其特征为对镍钛钒记忆合金，成分范围为Ni:55.5~57.3wt%；Ti:41.8~43.4wt%；V:0.57~0.73wt%，相变点Af=-35℃~-5℃，进行中温处理，当中温处理温度为440℃时，保温20min可以呈现出完全的非线性超弹性，此时镍钛钒记忆合金超弹性达到最佳范围。
文档编号C22F1/10GK102732749SQ20121025095
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者刘光磊, 司松海, 张志敏, 李晓薇, 齐克尧 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司