专利名称：：一种低镍的二元TiNi及三元TiNiHf形状记忆合金板材制备方法
技术领域：
：本发明涉及HNi基开m记忆合金板材的制皿术，具体的说是一种低镍的二元TlNi及三元TiNiHf开沐记忆合金板材制备方法。
背景技术：
：目前，国内外制备TM基开沐记忆合金板材所采用的技术路线是真空感应熔炼"^造""^t一轧制一成品板材。该技术用于制备富镍的TiNi合金较为成熟，成品率很高。但用于制备低镍的TlNi合金，成品率极低，存在着很大缺点低镍的HNi基合金中存在如丄+77M—J72M的包晶反应，致使合金在凝固过程中出现大量的二次縮孑L和严重的縮松缺陷，如图1(a)-(b)所示。这些缺陷严重恶化合金的热加工性能，^^定其极易在锻造过程中开裂而报废。
发明内容本发明的目的在于提供一种低镍的(镍#1:<50化％)二元T1M及三元TlNiHf形状记r乙合金板材制备方法。用该方法可以大幅度的提高低镍的二元T1MB元TiNiHf照犬记忆合金板材的成品率，并且所制备出的合金板材具有优异的内部质量、力学性能和稳定的相变温度。本发明的技术方案是本发明提供了一种低镍的二元■及三元TlNiHf柳记忆合金板材制备方法，采用真空感应熔炼一钢模铸造一^f定组织改S^整形一缺陷处理一板坯麟—板材轧制的方f去，具体方法如下1、以海绵钛、电解镍及铪薄板为原料，采用CaO成型的陶瓷柑埚进行真空感应熔炼。2、本发明的低镍的二元TlNi及三元TlNiHf开邻记忆合金板材制备方法中，烙炼的电源频率在20005000Hz范围内，最好在《2Pa的真空度下进行。3、浇铸模具选用锥形辦附莫具，并用保温材料进行包覆，浇铸前置于电阻炉内进行500600°C/lh保温处理，浇铸时合金液过热度50180°C。4、本发明的低镍的二元TiNi及三元TiNiHf开别犬记忆合金板材制备方法中，铸锭组织改性及整形采用多道次静液锻压方法进行，其工艺参数为锻压温度840900°C，锻压速度《3mm/s(—般为0.5-3mm/s)，每火变形量《5%(—般为1-5%)，回炉退火时间2040min，每火沿^l定周向垂直90。各变形一次，总变形量>30%(—般为30-50%)，最后一火变形沿^l定纵向进行，变形量为515%。5、按步骤4的方法锻压后，将锻压锭沿纵向自中间剖开，清除由于二次縮孔戶M成的锻压裂纹等缺陷。6、按步骤5的方法完成后，将清除原铸锭内部缺陷后的锻压锭在S4090(TC的lg^^下，所需规格尺寸的板坯。7、本发明的低镍的二元TiNi及三元TiNiHf开别犬记忆合金板材制备方纟去中，板材轧制工艺参数为单向轧制，车L制驗840900。C，每火变形量《10%(—般为5-10%)，回炉退火时间1530min，总变形量为5060%后，可12火轧制成212咖厚板材，最后以12%的变形量垂直于车匕帝仿向对板材进行整形处理。本发明中，低镍的二元TiNi开娥记忆合金主要成分的范围如下(at%):Ni:49.54线Ti:余量。本发明中，低镍的三元TiNiHf幵邻记忆合金主要成分的范围如下(at%):M:49.649.9;Hf:23;Ti:余量。本发明的优点及有益效果是1、本发明用热力学稳定的CaO陶瓷成型坩埚熔炼低镍二元TlNi合金和三元TMHf糊犬记忆合金，降低了活性合金液与耐火氧化物坩埚的妊作用，达到了熔炼合金少进氧的目的，同时获得较高的过热度。2、本发明通过调整合金熔炼的频率，更有效的控制合金液与坩埚的交互作用，防止了合金熔炼过程中的增氧。3、本发明通过采用CaO陶瓷成型坩埚熔炼和调整合金熔炼的频率(20005000Hz)的工艺方法，严格控制了合金中的氧含量，达到了稳定合金相变点的目的。4、本发明采用静液锻压的方法对合金^f定组织邀行改性，避免了合金由铸锭直接锻造极易出现的周向锻造裂纹而报废的情况，同时有效的消除了合金铸造组织缺陷。5、本发明中，由于辦定中二次縮L的存在，会使合金在锻压过程中沿纵向形成部分、甚至贯穿的裂纹，如图2(a)-(b)所示；而通过本发明的沿纵向自中间剖开锻压锭，随后清除缺陷的方法，消除了^f定缺陷的影响，有效地提高了成口兹6、本发明采用锻压一清除缺卩§"锻造的方法，在达到合金铸锭组织改性和消除缺陷目的的同时，采用锻造工艺避免了锻压板坯尺寸较小的缺点，可制备出不同规格的记忆合金板坯，满足不同规格尺寸记忆合金板材的轧制要求。图1低镍TiNH己忆合金中易出现的二次縮孑L和疏松。图中，a)二次縮孔；b)疏松的荧光^f另图。图2低镍TiM记忆合金锻压过程中出现的纵向裂纹。图中，a)锻压锭;b)锻压锭纵向截面。具体实施方式实施例1低镍的三元riMHf开m记忆合金板材制备。在25kg真空感应炉上熔炼合金，经^l定表面处理、铸锭锻压改性、缺陷清除、锻造和轧制制备成ll醒厚板材。化学成分如表l，其制备过程为1、原材料为海绵Ti、电解镍、金属铪棒。2、将上述原材料^ACaO坩埚，进行真空感应熔炼。3、浇铸模具选用锥形辭附莫具，并用保温材料进行包覆，浇铸前置于电阻炉内进行50060(TC/35h保温处理(本实施例为550°C/4h)，熔炼的电源频率在20005000Hz范围内(本实施例为3000Hz)，真空度为1Pa;熔炼结束采用红夕卜和接触式热电偶进行测温，当过热度达到5018(TC(本实施例为10(TC)时，进行浇铸。4、切除冒口，采用砂轮对^l定进行打磨处理，去除表面氧化皮。5、采用锻压工艺对打磨后的铸^ii行组织改性处理，其锻压，S4090(TC(本实施例为890°C)，锻压速度《3mm/s(本实施例为2mm/s)，每火变形量《5%(本实施例为5%)，回炉退火时间2040min(本实施例为25min，温度850~890°C)，每火沿铸锭周向垂直90。方向各变形一次，总变形量》30%(本实施例为40%)，最后一火变形沿#1定轴向进行，变形量为515%(本实施例为5%)。6、采用线切割的方法将锻压锭自中部沿轴向剖开，采用角向砂縦行原铸锭内部缺陷清除，打磨禾，以锭坯表面光滑、无目视可见缺陷为宜。7、在840900。C的,温度下(本实施例为89(TC)，,所需规格尺寸的板坯(本实施例为厚24mm、宽120mm板坯)。8、采用单向车L制方式进行TiNiHf合金板材车L制，车L制鹏S40900。C(本实施例为890。C)，每火变形量《10%(本实施例为510%)，回炉退火时间1530min(本实施例为20min，，850890。C)，车L制成厚llmm的板材，最后以12%的变形量垂直于轧制方向对板材进行整形处理。表l低flH元TiNiHf开沐记忆合金的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2与实施例1不同之处在于，所制备的是低镍二元TM合金板材，其厚度为3mm，成分如表2。表2低镍二元TiNi形状记忆合金的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>钢模进行600°C/4h的保温处理。合金熔炼的电源频率在3300Hz;熔炼结束采用红外和接触式热电偶进行测温，当过热度达到12(TC时，进行浇铸；按锻压温度870°C、锻压速度2mm/s、每火变形量5%、回炉退火时间20min(温度85(K87(TC)、每火沿铸绽周向垂直90。方向各变形一次的工艺进行lff定锻压，总变形量为40%，最后一火变形沿铸锭纵向进行，变形量为8%;采用与实施例1相同的工艺进行锻压锭缺陷去除;在870°C的锻造温度下锻成厚25mm、宽150mm板坯；采用与实施例1相似的车L制工艺，选用轧制鹏87(TC、每火变形量510%，每次回炉退火时间2030min、温度850-870°C，将板坯轧制成厚llmm的板材，最后一火将合金由1lmm轧制成3mm厚薄板。实验表明，采用本发明技术方案的工艺参数范围内，均可实现本发明目的，解决现有技术中合金在凝固过程中出现大量的二次縮孔和严重的縮松缺陷等问题。权利要求1、一种低镍的二元TiNi及三元TiNiHf形状记忆合金板材制备方法，其特征在于，采用CaO坩锅进行真空感应熔炼、采用静液锻压进行铸锭的组织改性、以及缺陷的去除处理、板坯锻造和板材轧制的方法，具体过程如下(1)以海绵钛、电解镍及铪薄板为原料，采用CaO成型的陶瓷坩埚进行真空感应熔炼；(2)选用锥形铸钢模具，并用保温材料进行包覆，浇铸前置于电阻炉内，在温度500～600℃、保温3～5h处理；(3)真空熔炼的工艺参数为真空度≤2Pa，合金液过热度50～180℃；(4)采用静液锻压的方法对铸锭进行组织改性；(5)去除锻压缺陷；(6)板坯锻造；(7)板材轧制。2、按权利要求1所述低镍的二元TiNi及三元TiNiHf形状记忆合金板材制备方法，其特征在于所述熔炼的电源频率在20005000Hz范围。3、按权利要求1戶/M低镍二元TiNi及三元HNiHf^l犬记忆合金板木才的制备方去，其特征在于采用静液锻压的方法对^lia行组织改性，锻压M控制在840900°C，锻jBI度《3mm/s，每火变形量《5%，回炉退火时间2040min，退火温度控制在S4090(TC，每火沿^l定周向垂直90。各变形一次，总变形量》30%，最后一火变形沿铸锭轴向进行，变形量为515%。4、按权利要求1所述低镍的二元TiM及三元TiNiHf开沐记忆合金板材制备方法，其特征在于将锻压锭自中部沿纵向剖开，去除锻压缺陷。5、按权利要求4所述低镍的二元TiM及三元HNiHf开沐记忆合金板材制备方法，其特征在于采用角向砂轮清除由于二次縮L而造成的锻压裂纹，表面处理的程度以锭坯表面光滑、无目视可见缺陷。6、按权利要求1所述低镍的二元TiNi及三元TiNiHf开m记忆合金板材制备方法，其特征在于采用锻造方法将合金锻至所需规格尺寸的板坯，锻造温度控制在840900°C。7、按权利要求1所^f氏镍的二元HNi及三元TiNiHf开m记忆合金板材制备方法，其特征在于采用单向轧制，轧制温度控帝赃84090(TC，每火变形量《10%，回炉退火时间1530min，退火，控制在840900°C。8、按权利要求7所述低镍的二元T1ME元T!MHf糊犬记忆合金板材制备方法，其特征在于..单向轧制板材的总变形量5060%后，经12火将合金轧制成212mm厚板材。9、按权利要求7所述低镍的二元TiNi及三元riNiHf形状记忆合金板材制备方法，其特征在于单向轧制获得的板材以12M的变形量垂直于车L帝仿向X寸板材进行整形处理。全文摘要本发明涉及TiNi基形状记忆合金板材的制备技术，具体的说是一种低镍的二元TiNi及三元TiNiHf形状记忆合金板材的制备方法。以海绵钛、电解镍及铪薄板为原料，采用CaO成型的陶瓷坩埚进行真空感应熔炼，熔炼的电源频率控制在2000～5000Hz范围内，浇铸时合金液过热度控制在50～180℃；采用静液锻压进行铸锭组织改性；将锻压锭自中部沿纵向剖开，彻底清除由二次缩孔导致的锻压裂纹；将清除表面缺陷后的锻压锭在840～900℃的温度下锻造；采用单向轧制。本发明可以大幅度的提高低镍的二元TiNi及三元TiNiHf形状记忆合金板材的成品率，并且所制备出的合金板材具有优异的内部质量、力学性能和稳定的相变温度。文档编号C22C1/02GK101381820SQ20071001270公开日2009年3月11日申请日期2007年9月5日优先权日2007年9月5日发明者奎刘,戎利建,赵明久,闫德胜,马颖澈,明高申请人:中国科学院金属研究所