镍钛形状记忆合金的熔炼与加工.pdf

镍钦形状记忆合金的熔炼与加工

杨海波季之强蒋国良孟庆钢

、
一前言

Ni一Ti形状记忆合金是一种新颖的功能
材料,在工业发达国家中,已进入使用或实

。
用性的开发阶段由于科学技术进步和新用

。
途的日益扩大,市场的需求量也随之增长
不仅要求品种和产量的增加,而且期待能改
善材质,提高生产率,降低成本。
众所周知,Ni一Ti形状记忆合金为二元

、
基金属间化合物,其性能特别它的形状记

。
忆效应与熔炼方法和加工工艺密切相关本
文简要地介绍儿种典型的Ni一Ti形状记忆合
图1NITi形状记忆合金熔炼工艺流程
、。
金的冶炼加工等工艺
,Ni一Ti,
、增祸中通电熔化后形状合金熔池
二工、
熔炼艺然后再把按设计成份配比的TiNi碎料在

。
实用性的Ni一Ti形状记忆合金目前都采保护气氛下徐徐加入熔池冶炼此工艺最大

,
取熔炼法制取的[‘1该合金由名义入i含量53优点是熔炼能耗少,成本低,合金成份较均

,。
~57%和Ti组成的相变温度大约在一50~匀但问题在于熔炼是在石墨增锅中进行的,
+160℃之间,在以Ni一Ti金属间化合物为石墨在高温下与Ni或Ti有可观的溶解度,

、
基体的合金中添加不同的合金元素(如Fe故不可避免地引进杂质碳的污传。其碳的可

、.。
C。Cu等)能使相变温度进一步调整,扩大控量为020%左右研究表明,碳在合金中

。
其应用范围作者最初的少量Ni一Ti母合金所形成的TIC(如图2)会阻碍孪晶界的运动
试验料是采用真空非自耗纽扣炉熔炼制取及马氏体的再取向,对形状记忆效应是不利

,。
Ni一Ti合金随后再通过真空感应熔炼获得的

。
合格的Ni一Ti合金锭此熔炼方法称谓第一2,真空自耗+真空感应熔炼法(VAR

。
种熔炼工艺后来为了扩大炉容量和降低杂+VIM)
质碳的引入并满足工业规模生产,我们又发此熔炼法先由真空自耗炉炼成基本合金

,,。
展了234三种熔炼工艺其各自的熔化的Ni一Ti母合金,再通过真空感应炉均匀

。。
炼工艺流程如图1所示化重熔本工艺只要适当的控制冶炼温度和

、
1真空盛应一次熔炼法(vlM法),圈冶炼时间就能有效地控制碳含量,一般碳含

.。,
1(1)。量不大于。10%在熔炼过程中我们还发
此熔炼法的前提是先制取少量已知成份现随炉龄的增加,钢液与柑祸间即使有较长

,,
的Ni一Ti母合金,把它置于真空感应炉石墨时间的接触也不引起碳含量的明显增加
这是最近儿年处于发展中的Ni一Ti合金

。
熔炼新工艺真空自耗炉冶炼法是利用两极
间电弧放电热能释放把自耗电极熔化形成合

。
金液滴滴入水冷的铜增塌形成铸锭而真空
凝壳炉冶炼则借助正极性连接法,造成高速
电子流撞击熔池释放热能,来确保熔池高温
和电磁搅拌作用达到Ni一Ti合金充分地合金

。
化和均匀化
这二种工艺最大优点是熔炼不在碳增塌
中,故没有杂质碳的引入,明显地改善了Ni
一合金的可加工性,提高了材质,扩大了
图2NITi合金中的TICTi
。
Ni一Ti合金炉容量铸锭由原来的几十公斤
其原因可能是增涡内壁形成一层光滑致密的扩大到14。公斤,形成批量并提高了成材率,
壳层,在熔炼中它有效地阻挡了Ni一Ti液相为Ni一Ti合金工业生产铺平了道路。试验结

。,
与固相界面间碳原子的扩散果表明上述四种熔炼方法均能获得成份均

、
3真空凝充+真空自耗熔炼法及真空匀和实用化的Ni一Ti合金锭,有关参数和性

。
凝壳一次熔炼精铸法能详见表1

表1
熔炼方法

(_
___
一___
止
。
,一.,进于。℃‘
据报导NiTi合金成份波动Q10wt%行如若加热温度高90合金表面
,+
则马氏体相变温度就会发生大约10℃的变激烈氧化发生间隙氧污染并生成N夏Ti
‘,。
化,当出现成份偏析时,即使同一炉料,回TiN几0低溶点混合物相使合金变脆
,
复温度也会不一样,显然合金化元素的均匀反之加热温度低于750℃则变形抗力增大
,,
性及成份能否有效地控制是衡量熔炼工艺是缺口敏感性突出给加工带来困难常常会
,。
。
否可行的重要标志作者根据实践工作认为发生撕裂性损坏使成材率降低作者进行
。
,了三开工
工艺(1)(2)(4)成份的控制主要取决于种坯和成材艺流程的探讨实践表

、:
熔炼者对配料的计算称量及操作规范的执明自由锻适应于25公斤左右的小锭型开
。
行,故称为一级可控。而工艺(3),合金先坯热挤压开坯则生产率高且又能精密加
,一
经过凝壳炉熔炼,成份已均匀化,经检测若工作者在1500吨水压机上进行了NiTi合

,
有偏差,则可在自耗重熔时,给予增补而满金管和棒的挤压开坯结果(表2)表明选

。
足需要,因此作者称其为二级可控择适当的挤压程度和挤压速度以及润滑剂能
够获得较高的开坯收得率,它与熔炼工