CN1718799A - 细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种细晶耐磨材料钛镍-铜合金的制备方法,将原子百分比为48%~55%的钛,35%~47%的镍,5%~10%的铜在真空条件下熔炼,制成钛镍-铜基合金铸锭,将鈦镍-铜合金块材切割成坯料,表面处理后涂敷玻璃润滑剂。模具采用挤压通道角度为90°的等径弯角挤压模具,模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温,并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压;对挤压处理后的材料进行退火处理,使材料产生静态回复,晶粒均匀细化,最终获得摩擦学性能良好的钛镍-铜合金块材。本发明所制备的耐磨材料显示了优良的摩擦学特性,耐磨承载能力明显提高,摩擦系数明显降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种细晶耐磨材料钛镍—铜合金的制备方法,用于获得高摩擦学性能的钛镍—铜合金材料,进而提高该合金在航空航天、医疗卫生及民用工业等领域的实际工程应用价值。属于金属材料及冶金类技术领域。
背景技术
钛镍—铜(TiNi-Cu)合金具有很多优异性能,如:良好的机械性能(比强度高、热强性好、疲劳强度高)、良好的生物相容性、极高的抗腐蚀性和形状记忆及超弹性,是具有较高响应频率的敏感元器件,近年来的研究亦发现,TiNiCu合金还具有优异的摩擦学性能(
Xu,Jianiun;
Guo,Jinfang;
Wang,Deguo;Cui,Lishan,A study of the wear behavior of TiNiCu shape-memory alloy,Materials Science Forum,v 394-395,2002,p 357-360)。但因其强度高、低温塑性差,使其高性能块材的获得极为困难。
申请号为200310107937.0的中国发明专利“微米细晶钛镍—铜合金块材等径弯角挤压制备方法”,基于等径弯角挤压法(Equal Channel Angular Extrusion,ECAE)工艺原理制备出了细晶钛镍—铜合金材料,在不改变材料横截面积的情况下实现对材料的多次重复挤压,用来制备块状细晶材料,进而提高材料的塑性、韧性,提高其耐磨性能。但由于高温及挤压过程中的剪切作用使材料动态再结晶,材料晶粒虽细化其强度提高,但丧失部分伪弹性性能,即热弹性马氏体的可逆回复特性几乎消失殆尽,其“塑性”变差,韧性下降,因此其耐磨性能的提高受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有发明的不足,提供一种细晶耐磨材料钛镍—铜合金的制备方法,能解决钛镍—铜基形状记忆合金伪弹性差的问题,提高摩擦学性能。
为实现这样的目的,本发明选用的合金的原子百分数范围:钛为48%~55%,镍为35%~47%,铜为5%~10%。将钛镍—铜合金块材切割成坯料,表面处理后涂敷玻璃润滑剂。模具采用挤压通道角度为90°的等径弯角挤压模具,模具型腔表面涂敷石墨润滑剂。将坯料、模具分别加热保温,并同时从加热炉中取出进行等径弯角挤压;对挤压处理后的材料进行退火处理,最终获得摩擦学性能良好的钛镍—铜合金块材。
本发明的细晶钛镍—铜基耐磨合金制备方法具体为:将原料按原子百分比钛为48%~55%,镍为35%~47%,铜为5%~10%配好,在真空条件下进行熔炼,制成钛镍—铜基合金铸锭。将铸锭在800℃~900℃退火,保温4~5小时,将块状钛镍—铜合金铸锭线切割成坯料,对坯料进行表面处理,使坯料表面加工粗糙度Ra=1.25~2.5μm。在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂,涂层厚度为0.2~0.4mm。
本发明采用等径弯角挤压模具,模具的挤压通道角度为90°。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃~500℃的加热炉中进行加热,达到温度后保温1~1.5小时;将另外一个加热炉加热到750℃~850℃,将准备好的坯料放入此加热炉中,待温度升到750℃~850℃后,保温15~30分钟。将加热好的坯料和模具同时取出,然后迅速将坯料放入模具中,在液压万能试验机上对坯料进行挤压。重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂,再进行挤压共2~6次,每次挤压较上次挤压降低预热温度30℃,最低温度不低于700℃。对挤压后的材料在500℃~750℃进行退火处理,保温1.5~2小时后冷却至室温,使材料晶粒均匀细化,即可获得细晶钛镍—铜基耐磨合金块材。
本发明采用等径弯角挤压工艺处理后进行退火处理,使材料发生静态回复,材料晶粒变得更加均匀细小,其伪弹性性能得到提高,最终获得摩擦学性能良好的钛镍—铜合金块材。本发明所制备的耐磨材料显示了优良的摩擦学特性,耐磨承载能力明显提高,摩擦系数明显降低。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1:
将原料按原子百分比钛为55%,镍为35%,铜为10%配备好,采用冷壁铜坩埚真空磁悬浮感应法熔炼,制成钛镍—铜合金铸锭。将铸锭在800℃退火,保温4小时。将钛镍—铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料,对坯料表面进行磨削处理,使坯料表面加工粗糙度Ra=1.25~2.5μm,然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂,涂层厚度为0.2mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°,用丙酮对模具型腔进行清洗,然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃的加热炉中进行加热,达到温度后保温1小时;将另外一个加热炉加热到750℃,保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出,然后迅速将坯料放入模具中,在液压万能试验机上立即进行挤压。对挤压出来的坯料重复进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂,再进行挤压共2次,每次降低试验预热温度,即依次为:750℃、720℃。对挤压后的材料进行退火处理,在500℃保温120分钟然后空冷至室温,即可获得细晶钛镍—铜耐磨合金块材。
实施例2:
将原料按原子百分比钛为50%,镍为43%,铜为7%配备好,在真空条件下进行熔炼,制成钛镍—铜合金铸锭。将铸锭在850℃退火,保温5小时。将钛镍—铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料,对坯料表面进行磨削处理,使坯料表面加工粗糙度Ra=1.25~2.5μm,然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂,涂层厚度为0.3mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°,用丙酮对模具型腔进行清洗,然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃的加热炉中进行加热,达到温度后保温1小时;将另外一个加热炉加热到850℃,将准备好的坯料放入此加热炉中,待温度升到850℃后,保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出,然后迅速将坯料放入模具中,在液压万能试验机上立即进行挤压,将挤压出来的坯料再进行表面处理等,降低试验预热温度,即依次为:850℃、820℃、790℃、760℃、730℃、700℃共进行6次挤压。对挤压后的材料进行退火处理,在600℃保温110分钟然后空冷至室温,即可获得细晶钛镍—铜耐磨合金块材。
实施例3:
将原料按原子百分比钛为48%,镍为47%,铜为5%配备好,在真空条件下进行熔炼,制成钛镍—铜合金铸锭。将铸锭在900℃退火,保温4.5小时。将钛镍—铜合金块材线切割成80mm×9.3mm×9.3mm的坯料,对坯料表面进行磨削处理,使坯料表面加工粗糙度Ra=1.25~2.5μm,然后在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂,涂层厚度为0.4mm。
采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°,用丙酮对模具型腔进行清洗,然后均匀涂敷石墨润滑剂。将涂好石墨润滑剂的模具放在500℃的加热炉中进行加热,达到温度后保温1小时;将准备好的坯料放入另外一个加热到820℃的加热炉中,待温度升到820℃后,保温20分钟。将加热好的坯料和模具同时取出,然后迅速将坯料放入模具中,在液压万能试验机上立即进行挤压,将挤压出来的坯料再进行表面处理等,降低试验预热温度,即依次为:820℃、790℃、760℃、730℃、700℃共进行5次挤压。对挤压后的材料进行退火处理,在750℃保温90分钟然后空冷至室温,即可获得细晶钛镍—铜耐磨合金块材。
Claims (1)
1、一种细晶耐磨材料钛镍—铜合金的制备方法,其特征在于将原料按原子百分比钛为48%~55%,镍为35%~47%,铜为5%~10%配好,在真空条件下进行熔炼,制成钛镍—铜基合金铸锭,将铸锭在800℃~900℃退火,保温4~5小时,将块状钛镍—铜合金铸锭线切割成坯料,对坯料进行表面处理,使坯料表面加工粗糙度Ra=1.25~2.5μm,在坯料表面均匀涂敷玻璃防护润滑剂,涂层厚度为0.2~0.4mm;采用的等径弯角挤压模具的挤压通道角度为90°,将涂好石墨润滑剂的模具放在400℃~500℃的加热炉中进行加热,达到温度后保温1~1.5小时;将另外一个加热炉加热到750℃~850℃,将准备好的坯料放入此加热炉中,待温度升到750℃~850℃后,保温15~30分钟,将加热好的坯料和模具同时取出,然后迅速将坯料放入模具中,在液压万能试验机上对坯料进行挤压;重复对挤压出的坯料进行表面处理和涂敷玻璃润滑剂、模具型腔涂敷石墨润滑剂,再进行挤压共2~6次,每次挤压较上次挤压降低预热温度30℃,最低温度不低于700℃;对挤压后的材料在500℃~750℃进行退火处理,保温1.5~2小时后冷却至室温,即获得细晶钛镍—铜基耐磨合金块材。
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