【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于鈦鎳合金加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等原子比鈦鎳合金大型鑄錠鍛造方法。

背景技術(shù)：

鈦鎳基形狀記憶合金是20世紀(jì)六十年代興起的一種具有形狀記憶、超彈性和高阻尼三大特性的新型金屬功能材料，同時(shí)還具有優(yōu)良的生物相容性，應(yīng)用已遍及電子、機(jī)械、宇航、能源、家電、醫(yī)療衛(wèi)生及生活日用品等各個(gè)領(lǐng)域。

觀察tini合金的二元相圖，ni％由低到高，存在ti2ni、tini、tini3三種特性不同的金屬間化合物。重點(diǎn)分析接近等原子比的tini相，高溫階段為β母相，其結(jié)構(gòu)屬于體心立方(bcc)。當(dāng)溫度降至1090℃，β相發(fā)生了有序化轉(zhuǎn)變：bcc-b2，b2的晶體結(jié)構(gòu)為cscl結(jié)構(gòu)。tini勻相區(qū)呈倒三角型，溫度越低，相區(qū)越窄。溫度進(jìn)一步降低，b2相區(qū)越來(lái)越窄，低于650℃左右時(shí)，只存在于50.0-50.5at.％之間。

等原子比tini合金屬于金屬件化合物，具有較好的熱加工性。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鍛造經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象，而且裂紋的擴(kuò)展或延伸非常顯著。分析原因主要包括三方面。第一，隨ni含量逐漸增加，以及凝固的不均勻性，會(huì)出現(xiàn)tini合金系中固有的一些第二相顆粒，具有一定的脆性。第二，c、o等雜質(zhì)元素與ti、ni主元素之間形成的碳化物、氧化物，降低了合金塑性，難以實(shí)現(xiàn)較大的變形。第三，tini合金的熱加工對(duì)溫度、變形速率等參數(shù)要求較高，這些參數(shù)匹配不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)變形失穩(wěn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種等原子比鈦鎳合金大型鑄錠鍛造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鈦鎳鑄錠鍛造中易開(kāi)裂的問(wèn)題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種等原子比鈦鎳合金大型鑄錠鍛造方法，具體包括以下步驟：

步驟1.、將鈦鎳合金大型鑄錠做均勻化處理，工藝參數(shù)為930-980℃，保溫時(shí)間10-12h，空冷；

步驟2、將空冷后的鈦鎳合金大型鑄錠進(jìn)行一火次鍛造，加熱溫度為900-920℃，保溫4-5h，變形φ460→□320，應(yīng)變速率為(0.05-0.10)s^-1，分?jǐn)嗟贸鲆换鸫魏蟮腻懪鳎?/p>

步驟3、將步驟2中鍛坯進(jìn)行二火次鍛造，加熱溫度為880-900℃，保溫3-3.5h，變形□320→□200，應(yīng)變速率為(0.10-0.25)s^-1，分?jǐn)嗪蟮贸龆鸫魏蟮腻懪鳎?/p>

步驟4、將步驟3中得到的鍛坯進(jìn)行三火次鍛造，加熱溫度850-880℃，保溫2-2.5h，變形□200→□110，應(yīng)變速率為(0.05-0.20)s^-1，分?jǐn)嗪蟮贸鲡佹嚭辖鸱脚鳌?/p>

進(jìn)一步地，該鍛造方法選用2000t鍛壓機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用低應(yīng)變速率，多火次，變形量遞增的方法實(shí)現(xiàn)了鈦鎳合金大型鑄錠的鍛造，消除了鍛造中的開(kāi)裂現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了材料良好的組織與性能。合金的熔煉方法利用真空自耗熔煉的優(yōu)勢(shì)，一方面減少合金中的雜質(zhì)含量，以及合金主元素與之反應(yīng)生成的第二相顆粒。另一方面多次重熔得到大型鑄錠。本發(fā)明獲得成分均勻、潔凈的500-1000kg鈦鎳鑄錠。而且鑄錠的組織、相均勻性、穩(wěn)定性對(duì)材料的塑變能力影響很大，本發(fā)明的熱加工工藝參數(shù)，包括溫度范圍與梯度設(shè)置，應(yīng)變速率，變形火次，加工設(shè)備等方面，最終實(shí)現(xiàn)tini合金大型鑄錠良好的鍛造加工。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明公開(kāi)了一種等原子比鈦鎳合金大型鑄錠鍛造方法，即一種低應(yīng)變速率、多火次、變形量遞增的鍛造方法。在對(duì)等原子比tini合金大型鑄錠均勻化處理的基礎(chǔ)上，采用加熱溫度范圍850-920℃，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.25)s^-1，經(jīng)過(guò)3-4火次，變形量遞增的方法完成對(duì)tini合金大型鑄錠的鍛造。

等原子比tini合金的特點(diǎn)就是第二相顆粒豐富，不易受過(guò)快過(guò)大的載荷沖擊。因此，鍛造方法的構(gòu)思必須盡量避免這些不利因素。850-920℃溫度范圍屬于tini合金的勻晶區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)第二相顆粒盡可能多地固溶于tini合金中，使鑄錠具備了良好的塑形變形能力。另外，tini合金適合于大噸位、低應(yīng)變速率的變形方式，使金屬間化合物的滑移系有序開(kāi)動(dòng)，緩慢延伸，不易產(chǎn)生裂紋。多火次與溫度梯度的設(shè)置主要是針對(duì)鑄錠尺寸較大，需要一個(gè)由小到大逐漸增大的變形過(guò)程。有利于合金內(nèi)部組織的逐步細(xì)化，力學(xué)性能逐漸改善和提高。本發(fā)明方法主要是根據(jù)tini合金的自身特點(diǎn)，漸進(jìn)地增大變形量，有序穩(wěn)步地實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)組織的破碎與細(xì)化，最終實(shí)現(xiàn)具備良好性能的等軸均勻組織。

本發(fā)明等原子比tini合金鑄錠為φ460mm，500-1000kg的大型鑄錠。預(yù)先作均勻化處理，工藝參數(shù)：930-980℃，保溫時(shí)間10-12h，空冷。

鍛造方法：設(shè)備選用2000t鍛壓機(jī)。

一火次：加熱溫度900-920℃，保溫4-5h。變形φ460→□320(即將截面直徑為460mm的圓形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為320mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約38％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.10)s^-1。中間可適當(dāng)回火，鍛后根據(jù)物料長(zhǎng)度適當(dāng)分?jǐn)唷?/p>

二火次：加熱溫度880-900℃，保溫3-3.5h。變形□320→□200(即將截面邊長(zhǎng)為320mm的方形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為200mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約60％)，應(yīng)變速率控制在(0.10-0.25)s^-1。中間可適當(dāng)回火，鍛后根據(jù)物料長(zhǎng)度適當(dāng)分?jǐn)唷?/p>

三火次：加熱溫度850-880℃，保溫2-2.5h。變形□200→□110(即將截面邊長(zhǎng)為200mm的方形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為110mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約70％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.20)s^-1。中間可適當(dāng)回火，鍛后根據(jù)物料長(zhǎng)度適當(dāng)分?jǐn)唷?/p>

本方法可以實(shí)現(xiàn)鎳含量處于49-52at％的鈦鎳二元合金，或者含有fe、v、al、nb、cr等元素的三元或多元合金大型鑄錠的鍛造。

實(shí)施例1tini50.8(ti-ni50.8at％)合金的φ460-800kg鑄錠的鍛造方法：預(yù)先作均勻化處理，工藝參數(shù)：930-980℃，保溫時(shí)間10-12h，空冷。鑄錠經(jīng)過(guò)切除冒口，表面扒皮后重量約為660kg，長(zhǎng)度約610mm。

鍛造方法：設(shè)備選用2000t鍛壓機(jī)

一火次：加熱溫度900-920℃，保溫4-5h。變形φ460×610→□320×990(變形量約38％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.10)s^-1，中間回火一次。

二火次：加熱溫度880-900℃，保溫3-3.5h。變形□320×990→□200×2533(變形量約60％)，應(yīng)變速率控制在(0.10-0.25)s^-1，中間回火一次，三等分。

三火次：加熱溫度850-880℃，保溫2-2.5h。變形□200×844→□110×2790(變形量約70％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.20)s^-1，中間回火一次，三等分。

鍛后方坯外觀平整，表面光滑，無(wú)較大較深的表面裂紋。

實(shí)施例2tiniv(ti-ni50.8-v0.5at％)合金的φ460-960kg鑄錠熔煉方法：預(yù)先作均勻化處理，工藝參數(shù)：930-980℃，保溫時(shí)間10-12h，空冷。鑄錠經(jīng)過(guò)切除冒口，表面扒皮后重量約為820kg，長(zhǎng)度約760mm。

鍛造方法：設(shè)備選用2000t鍛壓機(jī)

一火次：加熱溫度900-920℃，保溫4-5h。變形φ460×760→□320×1232(即將截面直徑為460mm、長(zhǎng)度760mm的圓形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為320mm、長(zhǎng)度1232mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約38％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.10)s^-1，中間回火一次。

二火次：加熱溫度880-900℃，保溫3-3.5h。變形□320×1232→□200×3154(即將截面邊長(zhǎng)為320mm、長(zhǎng)度1232mm的方形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為200mm、長(zhǎng)度3154mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約60％)，應(yīng)變速率控制在(0.10-0.25)s^-1，中間回火一次，四等分。

三火次：加熱溫度850-880℃，保溫2-2.5h。變形□200×788→□110×2605(即將截面邊長(zhǎng)為200mm、長(zhǎng)度788mm的方形坯料鍛造成截面邊長(zhǎng)為110mm、長(zhǎng)度2605mm的方形坯料，經(jīng)計(jì)算得出變形量約70％)，應(yīng)變速率控制在(0.05-0.20)s^-1，中間回火一次，三等分。

鍛后方坯外觀平整，表面光滑，無(wú)較大較深的表面裂紋。