專利名稱：TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理方法。
背景技術(shù)：
記憶合金連接緊固件工作的基本原理是基于記憶合金的形狀記憶效應(yīng)，即記憶合金構(gòu)件發(fā)生形狀恢復(fù)時(shí)，利用被連接件或被緊固件對(duì)其進(jìn)行位移限制，以致構(gòu)件行狀無法達(dá)到自由恢復(fù)時(shí)的尺寸，從而導(dǎo)致記憶合金連接或緊固件對(duì)被連接件或緊固件產(chǎn)生一定的連接或緊固力。記憶合金連接緊固件包括記憶合金管接頭、記憶合金緊固圈及記憶合金金谷鉚釘?shù)?，在航空航天、海軍艦艇、石油以及空間狹小和密集管路等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。記憶合金包括TiNi基、Cu基和Fe基等眾多體系，其中具有寬滯后效應(yīng)、可室溫存儲(chǔ)運(yùn)輸及良好力學(xué)性能的TiNiNb形狀記憶合金是作為連接緊固件的首選材料。但是隨著科技進(jìn)步的發(fā)展，TiNiNb形狀記憶合金恢復(fù)率和恢復(fù)力有待提高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提高TiNiNb形狀記憶合金恢復(fù)率和恢復(fù)力，提供了一種 TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法。
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為10_3 10_5Pa、溫度為300 V 550 °C、約束應(yīng)力 200MPa 600MPa、約束應(yīng)變5 % 10 %的條件下，熱處理O. 5h 2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
本專利提出采用定向真空熱處理技術(shù)提高TiNiNb記憶合金的連接恢復(fù)特性，以滿足對(duì)連接緊固件提出的更高要求。定向真空熱處理即真空熱處理過程中對(duì)TiNiNb形狀記憶合金施加恒定應(yīng)力或恒定應(yīng)變，在合金內(nèi)部形成規(guī)則位錯(cuò)組態(tài)，合適密度和規(guī)則組態(tài)的位錯(cuò)可強(qiáng)化固相進(jìn)一步提聞恢復(fù)率和恢復(fù)力。本專利主要涉及定向真空熱處理的技術(shù)主要包括定向約束的方式(約束應(yīng)變和約束應(yīng)力)、熱處理的溫度和時(shí)間。
采用本發(fā)明的方法熱處理后TiNiNb合金恢復(fù)率可達(dá)82 % 84%，恢復(fù)力可為 494MPa 500MPa。


圖I是采用實(shí)驗(yàn)一的熱處理方法約束應(yīng)力對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲線.
圖2是釆用實(shí)驗(yàn)一的熱處理方法約束應(yīng)力對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲線.
圖3是釆用實(shí)驗(yàn)二的熱處理方法熱處理溫度對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲線.
圖4是釆用實(shí)驗(yàn)二的熱處理方法熱處理溫度對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲線.
圖線.
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圖線。圖5是采用實(shí)驗(yàn)三的熱處理方法熱處理時(shí)間對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲圖6是采用實(shí)驗(yàn)三的熱處理方法熱處理時(shí)間對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲圖7是采用實(shí)驗(yàn)四的熱處理方法約束應(yīng)變對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲圖8是采用實(shí)驗(yàn)四的熱處理方法約束應(yīng)變對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲圖9是采用實(shí)驗(yàn)五的熱處理方法熱處理溫度對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲圖10是采用實(shí)驗(yàn)五的熱處理方法熱處理溫度對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲圖11是采用實(shí)驗(yàn)六的熱處理方法熱處理時(shí)間對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)率的影響規(guī)律曲圖12是采用實(shí)驗(yàn)六的熱處理方法熱處理時(shí)間對(duì)TiNiNb合金恢復(fù)力的影響規(guī)律曲具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下將 TiNiNb合金在真空度為1(Γ3 l(T5Pa、溫度為300°C 550°C、約束應(yīng)力200MPa 600MPa、 約束應(yīng)變5% 10%的條件下，熱處理O. 5h 2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在真空度為ICT4Pa的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在溫度為350 °C 500 °C的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在溫度為400°C的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在約束應(yīng)力250MPa 550MPa的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在約束應(yīng)力300MPa 500MPa的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在約束應(yīng)力400MPa的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在約束應(yīng)變6% 9% 的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是在約束應(yīng)變8%的條件下熱處理。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是熱處理時(shí)間為lh。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果
實(shí)驗(yàn)一
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為10'溫度為500°C、約束應(yīng)力200MPa 600MPa、約束應(yīng)變5 %的條件下，熱處理lh，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
從圖I中可明顯看出，隨著約束應(yīng)力的增加，恢復(fù)率先升高后降低，在約束應(yīng)力為 400MPa時(shí)，恢復(fù)率呈現(xiàn)最高值。約束應(yīng)力的增加，位錯(cuò)密度增加，提高抵抗塑形變形的能力， 進(jìn)而提高軸向恢復(fù)力；但當(dāng)約束應(yīng)力進(jìn)一步增加時(shí)，位錯(cuò)組態(tài)密度進(jìn)一步增加，不可逆應(yīng)變量增多，導(dǎo)致軸向恢復(fù)率下降。由圖2看出隨著約束應(yīng)力的增加，恢復(fù)力逐漸增加。
實(shí)驗(yàn)二
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為l(T5Pa、溫度為300°C 550°C、恒應(yīng)力400MPa、約束應(yīng)變6%的條件下，熱處理lh，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
由圖3可知，隨著熱處理溫度的升高，恢復(fù)率先升高后降低，在500°C時(shí)呈現(xiàn)最大的恢復(fù)率。熱處理溫度較低時(shí)，位錯(cuò)密度大，且分布不均勻，導(dǎo)致不可逆應(yīng)變?cè)黾?；熱處理溫度升高，形成?guī)則位錯(cuò)組態(tài)，不可逆應(yīng)變減少；溫度過高，位錯(cuò)密度極具減少，抵抗塑形變形能力降低，引入不可逆應(yīng)變?cè)龃螅M(jìn)而導(dǎo)致恢復(fù)率降低。由圖4可清楚地看到，恢復(fù)力呈現(xiàn)出與恢復(fù)率一致的結(jié)果，即隨著熱處理溫度的升高，恢復(fù)力先升高后降低。
實(shí)驗(yàn)三
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為10_5Pa、溫度為500°C、恒應(yīng)力400MPa、約束應(yīng)變6%的條件下，熱處理O. 5h 2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
從圖5中可看到隨著熱處理時(shí)間的延長，恢復(fù)率先升高后降低，在熱處理時(shí)間Ih 時(shí)，呈現(xiàn)恢復(fù)率最聞值。熱處理時(shí)間的延長，位錯(cuò)組態(tài)變得較為規(guī)則，利于提聞恢復(fù)率；熱處理時(shí)間進(jìn)一步延長，位錯(cuò)密度降低較為明顯，給恢復(fù)率帶來不利影響。由圖6可清楚地看到，隨著熱處理時(shí)間的延長，恢復(fù)力先升高后降低。
由實(shí)驗(yàn)一至實(shí)驗(yàn)三的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知約束應(yīng)力定向真空熱處理可有效提高TiNiNb 合金的力學(xué)性能，改善應(yīng)變恢復(fù)特性。優(yōu)化出最佳的熱處理工藝為約束應(yīng)力400MPa、熱處理溫度500°C和時(shí)間lh。經(jīng)恒應(yīng)力定向真空熱處理后，TiNiNb合金的室恢復(fù)率和恢復(fù)力分別為 82 % 和 494MPa。
實(shí)驗(yàn)四
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為l(T4Pa、溫度為500°C、恒應(yīng)力400MPa、約束應(yīng)變5% 10%的條件下，熱處理lh，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
從圖7中可明顯看出，隨著約束應(yīng)變的升高，恢復(fù)率先升高后降低，在約束應(yīng)變?yōu)? %時(shí)呈現(xiàn)最大值，最大值為84 %。約束應(yīng)變的增加，位錯(cuò)密度增加，提高抵抗塑形變形的能力，進(jìn)而提高軸向恢復(fù)力；但當(dāng)約束應(yīng)變進(jìn)一步增加時(shí)，位錯(cuò)組態(tài)密度進(jìn)一步增加，不可逆應(yīng)變量增多，導(dǎo)致恢復(fù)率下降。由圖8可見，隨著約束應(yīng)變的增加，恢復(fù)力先升高后降低，在約束應(yīng)變?yōu)?%時(shí)，恢復(fù)力達(dá)最大值為500MPa。
實(shí)驗(yàn)五
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為l(T4Pa、溫度為300°C 550°C、恒應(yīng)力400MPa、約束應(yīng)變9%的條件下，熱處理lh，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
由圖9可知，隨著熱處理溫度的升高，恢復(fù)率先升高后降低，在500°C時(shí)呈現(xiàn)最大的恢復(fù)率。熱處理溫度較低時(shí)，位錯(cuò)密度大，且分布無序，導(dǎo)致不可逆應(yīng)變?cè)黾樱粺崽幚頊囟壬?，形成?guī)則位錯(cuò)組態(tài)，抵抗塑形變形能力增強(qiáng)，不可逆應(yīng)變減少；溫度過高，位錯(cuò)密度極具減少，抵抗塑形變形能力降低，引入不可逆應(yīng)變?cè)龃?，進(jìn)而導(dǎo)致恢復(fù)率降低。
由圖10可清楚地看到，恢復(fù)力呈現(xiàn)出與恢復(fù)率變化規(guī)律一致的結(jié)果，即隨著熱處理溫度的升高，恢復(fù)力先升高后降低。
實(shí)驗(yàn)六
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下
將TiNiNb合金在真空度為10_4Pa、溫度為500°C、恒應(yīng)力400MPa、約束應(yīng)變9%的條件下，熱處理O. 5h 2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
由圖11可知，隨著熱處理時(shí)間的延長，恢復(fù)率呈現(xiàn)先升高后降低的峰值現(xiàn)象。熱處理時(shí)間的延長，位錯(cuò)組態(tài)變得較為規(guī)則，利于提高恢復(fù)率；熱處理時(shí)間進(jìn)一步延長，位錯(cuò)密度降低較為明顯，降低合金強(qiáng)度，降低恢復(fù)率。
由圖12可清楚地看到，隨著熱處理時(shí)間的延長，恢復(fù)力先升高后降低。
由實(shí)驗(yàn)四-實(shí)驗(yàn)六可以得出約束應(yīng)變定向真空熱處理可有效改善TiNiNb合金的力學(xué)性能，提高應(yīng)變恢復(fù)特性。確定出最佳的熱處理工藝為約束應(yīng)變9%、熱處理溫度 500°C和時(shí)間lh。經(jīng)該工藝定向真空熱處理后，TiNiNb合金的恢復(fù)率和恢復(fù)力分別為84% 和 500MPa。
權(quán)利要求
1.TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法如下將TiNiNb合金在真空度為Kr3 l(T5Pa、溫度為300°C 550°C、約束應(yīng)力200MPa 600MPa、約束應(yīng)變5% 10%的條件下，熱處理O. 5h 2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在真空度為10_4Pa的條件下熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在溫度為 350°C 500°C的條件下熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在溫度為 400°C的條件下熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在約束應(yīng)力250MPa 550MPa的條件下熱處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在約束應(yīng)力300MPa 500MPa的條件下熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在約束應(yīng)力400MPa的條件下熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在約束應(yīng)變6 % 9 %的條件下熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于在約束應(yīng)變8%的條件下熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，其特征在于熱處理時(shí)間為lh。
全文摘要
TiNiNb合金定向約束真空熱處理的方法，它涉及一種熱處理方法。本發(fā)明提高了TiNiNb形狀記憶合金恢復(fù)率和恢復(fù)力。本方法如下將TiNiNb合金在真空度為10-3～10-5Pa、溫度為300℃～550℃、約束應(yīng)力200MPa～600MPa、約束應(yīng)變5％～10％的條件下，熱處理0.5h～2h，即完成TiNiNb合金定向約束真空熱處理。采用本發(fā)明的方法熱處理后TiNiNb合金恢復(fù)率可達(dá)82％～84％，恢復(fù)力可為494MPa～500MPa。
文檔編號(hào)C22F1/18GK102925837SQ201210478728
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者隋解和, 蔡偉, 吳冶 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)