镍-钛合金的热机械处理的制作方法
【技术领域】
[0001] 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。
[0002] 发明背景
[0003] 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) ( "Ms"）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) ( "Mf"）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) ( "Af"）的温度时，该相变是可逆的。
[0004] 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Mf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) ( "As"）（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"。
[0005] 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~温度但在低于所谓的马氏体变 形温度（martensite deformation temperature) ( "Md"）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Md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AJPM 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。
[0006] 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、Af、Ms、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彡~ 37°C< Md)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。
[0007] 另外，镍-钛合金的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为 是疲劳关键的。疲劳是指当材料经受循环加载时发生的渐进的和局部的结构损坏。重复的 加载和卸载导致微裂纹（microscopic crack)的形成，当在远低于材料的屈服强度或弹性 极限的应力水平下对材料进一步实施循环加载时，所述微裂纹的尺寸可能增大。疲劳裂纹 最终可能会达到临界尺寸，从而导致经受循环加载的材料的突然失效。已经观察疲劳裂纹 容易在镍-钛合金中的非金属夹杂物（inclusion)和其他第二相处引发。因此，镍-钛合金 的诸如致动器和可植入支架和其他医疗设备各种应用可被认为是夹杂物和第二相关键的。
[0008] 概述
[0009] 在一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在低于 500°C的温度下冷加工镍-钛合金工件，以及热等静压压制（HIP' ing)所述冷加工的镍-钛 合金工件。
[0010] 在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于 或等于500°C的温度下热加工镍-钛合金工件，然后在低于500°C的温度下冷加工所述热加 工的镍-钛合金工件。所述冷加工的镍-钛合金工件在于700°C至KKKTC范围内的温度 和3, OOOpsi至25, OOOpsi范围内的压力下操作的HIP炉中被热等静压压制（HIP'ed)至少 0. 25小时。
[0011] 在另一个非限制性实施方案中，用于生产镍-钛合金轧制产品的方法包括在大于 或等于500°C的温度下热锻造镍-钛合金锭以产生镍-钛合金坯料（billet)。所述镍-钛 合金坯料在大于或等于500°C温度下被热棒轧制以产生镍-钛合金工件。所述镍-钛合金 工件在低于500°C的温度下被冷拉拔以产生镍-钛合金棒。所述冷加工的镍-钛合金棒在 于700°C至KKKTC范围内的温度和3, OOOpsi至25, OOOpsi范围内的压力下操作的HIP炉 中被热等静压压制至少〇. 25小时。
[0012] 应该理解，在本说明书中公开并描述的本发明并不限定于总结于本概述中的实施 方案。
【附图说明】
[0013] 在本说明书中公开和描述的非限制性的和非详尽的实施方案的各种特点和特征 可通过参考附图被更好地理解，其中 ：
[0014] 图1是针对二元镍-钛合金的平衡相图；
[0015] 图2A和图2B是示出了加工（working)对镍-钛合金微观结构中的非金属夹杂物 和孔隙的影响；
[0016] 图3是表不镍-钛合金中的非金属夹杂物以及相关的孔隙的扫描电子显微镜 (SEM)图像（以背散射电子模式（backscatter electron mode) 500x放大倍率）；
[0017] 图4A-4G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显 微镜图像（以背散射电子模式500x放大倍率）；
[0018] 图5A-5G是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显 微镜图像（以背散射电子模式500x放大倍率）；
[0019] 图6A-6H是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显 微镜图像（以背散射电子模式500x放大倍率）；
[0020] 图7A-7D是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显 微镜图像（以背散射电子模式500x放大倍率）；和
[0021] 图8A-8E是按照本说明书中描述的实施方案进行处理的镍-钛合金的扫描电子显 微镜图像（以背散射电子模式500x放大倍率）。
[0022] 当考虑根据本说明书的各种非限制性和非详尽的实施方案的以下详细描述时，读 者将会理解前述细节及其他内容。
[0023] 详细描述
[0024] 本说明书描述和示出了各种实施方案，以提供对公开的生产镍-钛合金轧制产品 的方法的功能、操作和实施的全面理解。应该理解，本说明书中描述和示出的各种实施方 案是非限制性的和非详尽的。因此，本发明并不需要受本说明书中公开的各种非限制性和 非详尽实施方案的描述的限制。针对各种实施方案示出和/或描述的特点和特征可以组 合其他实施方案的特点和特征。这样的修改和变化意在包含在本说明书的范围内。正因 为如此，可以修订本权利要求书，以详述本说明书中明确或固有描述的或以其他方式由本 说明书明确或固有支持的任何特点或特征。此外，申请人保留修订本权利要求书的权利，以 确定放弃现有技术中可能存在的特点或特征的权利要求。因此，任何这样的修订符合35U. S.C. § § 112(a)和132(a)的要求。本说明书中公开和描述的各种实施方案可以包含本说 明书中不同描述的特点和特征、由本说明书中不同描述的特点和特征组成或基本组成。
[0025] 此外，本说明书中所述的任何数值范围意在包括所有在所述范围内的相同数值精 度的子范围。例如，"1.0至10.0"的范围意在包括在所述的1.0最小值和所述的10.0最 大值之间（且包括这两个值）的所有子范围，也就是，其具有等于或大于1.0的最小值和等 于或小于10. 0的最大值，例如2. 4至7. 6。本说明书中所述的任何最大数值限制意在包括 所有其中包含的较小数值限制，且本说明书中所述的任何最小数值限制意在包括所有其中 包含的较大数值限制。因此，申请人保留修订本说明书的权利，