專利名稱：：一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種TiNi合金多功能一體化的熱處理方法。
背景技術(shù)：
：TiNi合金具有獨(dú)特的形狀記憶特性與超彈性行為以及優(yōu)異的阻尼行為，用TiNi合金制成的連接件、緊固件和減振元件在航天航空等多種結(jié)構(gòu)中有著廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用可有效簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕重量、提高使用性能和安全可靠性。目前我國(guó)已用于航天航空結(jié)構(gòu)中的TiNi合金構(gòu)件主要利用了TiNi合金的某一個(gè)單一功能，記憶效應(yīng)或超彈性等。隨著研究的深入和應(yīng)用的推廣，航天結(jié)構(gòu)中的均載連接和高阻尼減振等要求TiNi合金兼具有多種功能，只具有單一功能的TiNi合金己不能滿足航空航天結(jié)構(gòu)對(duì)智能材料的迫切需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，要求TiNi合金構(gòu)件兼具有大的恒彈力應(yīng)變、高的平臺(tái)應(yīng)力和高阻尼特性以及高應(yīng)變恢復(fù)特性等多種功能。但是現(xiàn)有TiNi合金的熱處理方法僅能滿足TiNi合金優(yōu)異的非線性超彈性、高阻尼特性和高應(yīng)變恢復(fù)特性等多種功能中的一項(xiàng)或者兩項(xiàng)，熱處理后的TiNi合金性能單一，因此TiNi合金的多功能化熱處理工藝技術(shù)亟待解決。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有熱處理方法處理的TiNi合金性能單一，而提供了一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法。本發(fā)明TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法按以下步驟進(jìn)行一、將TiNi合金放入深冷設(shè)備中進(jìn)行深冷處理，控制深冷溫度為515。C，冷變形量為15%25%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設(shè)備中進(jìn)行中溫退火，在400500。C的條件下保溫0.51.5h;三、TiNi合金退火后放入時(shí)效爐中進(jìn)行約束時(shí)效處理，控制約束應(yīng)力為180220MPa，在450~550°C的條件下時(shí)效0.5~1.5h;即實(shí)現(xiàn)了TiNi合金的多功能一體化。本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法先通過(guò)適當(dāng)?shù)纳罾渥冃翁幚恚诨w中引入適量位錯(cuò)；在隨后的中溫退火過(guò)程中，發(fā)生位錯(cuò)重排以及熱馬氏體相變，形成了平直清晰的馬氏體界面組態(tài)同時(shí)位錯(cuò)重排形成規(guī)則位錯(cuò)組態(tài)；再通過(guò)約束時(shí)效在基體上形成細(xì)小、彌散、取向分布的Ti3Ni4沉淀相。本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法使得TiNi合金兼具有可動(dòng)性好的共格馬氏體界面，規(guī)則位錯(cuò)組態(tài)，以及細(xì)小且彌散分布Ti3NU相的微觀組織結(jié)構(gòu)，從而具有了優(yōu)異的形狀記憶性能、超彈性性能和阻尼特性。本發(fā)明處理后的TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?0W以上，恢復(fù)應(yīng)力為500MPa以上，恒彈力應(yīng)變?yōu)?0%以上，上平臺(tái)應(yīng)力為500MPa以上，SDC為300/。以上，本發(fā)明的復(fù)合熱處理方法使得處理后的TiNi合金同時(shí)具有良好形狀記憶效應(yīng)、超彈性性能和阻尼特性。與現(xiàn)有的熱處理方法處理后的TiNi合金相比較，本發(fā)明處理的TiNi合金綜合性能好，具有良好的多功能一體化的特點(diǎn)。圖l表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變柱形圖，其中橫坐標(biāo)上l表示第一種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變柱形圖、2表示第二種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變柱形圖、3表示第三種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變柱形圖、4表示第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變柱形圖2表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恢復(fù)力柱形圖，其中橫坐標(biāo)上l表示第一種TiNi合金的恢復(fù)力柱形圖、2表示第二種TiNi合金的恢復(fù)力柱形圖、3表示第三種TiNi合金的恢復(fù)力柱形圖、4表示第四種TiNi合金的恢復(fù)力柱形圖3表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變柱形圖，其中橫坐標(biāo)上l表示第一種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變柱形圖、2表示第二種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變柱形圖、3表示第三種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變柱形圖、4表示第四種TiM合金的恒彈力應(yīng)變柱形圖；圖4表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力柱形圖，其中橫坐標(biāo)上l表示第一種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力柱形圖、2表示第二種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力柱形圖、3表示第三種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力柱形圖、4表示第四種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力柱形圖5表示采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金、中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的SDC柱形圖，其中橫坐標(biāo)上l表示第一種TiNi合金的SDC柱形圖、2表示第二種TiNi合金的SDC柱形圖、3表示第三種TiNi合金的SDC柱形圖、4表示第四種TiNi合金的SDC柱形圖。具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法按以下步驟進(jìn)行一、將TiNi合金放入深冷設(shè)備中進(jìn)行深冷處理，控制深冷溫度為515。C，冷變形量為15%25%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設(shè)備中進(jìn)行中溫退火，在400500"C的條件下保溫0.51.5h;三、TiNi合金退火后放入時(shí)效爐中進(jìn)行約束時(shí)效處理，控制約束應(yīng)力為180220MPa，在45055(TC的條件下時(shí)效0.51.5h;即實(shí)現(xiàn)了TiNi合金的多功能一體化。本實(shí)施方式采用的TiNi合金的型號(hào)是TAI-TAIO。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟一中溫度為713"C，冷變形量為18%~22%。其它步驟及參數(shù)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)施方式一不同的是步驟一中溫度為1(TC，冷變形量為20%。其它步驟及參數(shù)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)施方式一不同的是步驟二中在43047(TC的條件下保溫0.71.2h。其它步驟及參數(shù)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)施方式一不同的是步驟二中在45(TC的條件下保溫lh。其它步驟及參數(shù)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)施方式一不同的是步驟三中約束應(yīng)力為190210MPa，在470520。C的條件下時(shí)效0.7~1.2h。其它步驟及參數(shù)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)施方式一不同的是步驟三中約束應(yīng)力為200MPa，在45(TC的條件下時(shí)效lh。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。第一種TiNi合金采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法如下一、將TiNi合金放入深冷設(shè)備中進(jìn)行深冷處理，控制深冷溫度為l(TC，冷變形量為20%;二、深冷處理后的TiNi合金放入保溫設(shè)備中進(jìn)行中溫退火，在45(TC的條件下保溫lh;三、TiNi合金退火后放入時(shí)效爐中進(jìn)行約束時(shí)效處理，控制約束應(yīng)力為200MPa，在50(TC的條件下時(shí)效lh;即得到了第一種合金；第二種TiNi合金采用中溫退火處理方法如下將合金(型號(hào)為T(mén)A1-TA10)置于在850°C條件下保溫lh，即得到第二種TiNi合金；第三種TiNi合金采用深冷處理方法如下將TiNi合金(型號(hào)為T(mén)A1-TA10)放入處理溫度為5°C，冷變形量為25%的深冷設(shè)備中進(jìn)行深冷處理，即得到第三種TiNi合金；第四種TiNi合金的采用時(shí)效處理方法如下將TiNi合金(型號(hào)為T(mén)A1-TA10)放入時(shí)效爐中在500°C條件下時(shí)效lh，即得到第四種TiNi合金。這四種TiNi合金的結(jié)果如圖1、2、3、4和5所示，從圖1、2、3、4和5中橫坐標(biāo)上2(第二種TiNi合金)對(duì)應(yīng)的柱形圖可以看出，采用中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?7M、恢復(fù)應(yīng)力為370MPa、恒彈力應(yīng)變?yōu)?7%、上平臺(tái)應(yīng)力為420MPa、SDC為21%，經(jīng)中溫退火方法處理的TiNi合金具有較好的形狀記憶效應(yīng)，表現(xiàn)為具有較高的可恢復(fù)應(yīng)變，但由于基體較軟，難于獲得高的恢復(fù)力，同時(shí)超彈性性能以及阻尼特性均很差；從圖l、2、3、4和5中橫坐標(biāo)上3(第三種TiNi合金)對(duì)應(yīng)的柱形圖可以看出，采用深冷處理方法得到的第三種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?2%、恢復(fù)應(yīng)力為520MPa、恒彈力應(yīng)變?yōu)?2%、上平臺(tái)應(yīng)力為430MPa、SDC為35%，向深冷處理方法處理的TiNi合金中引入了大量位錯(cuò)，并使TiNi合金的結(jié)構(gòu)具有了規(guī)則組態(tài)，因此具有良好的阻尼特性，但其可恢復(fù)應(yīng)變和超彈性性能均極差；從圖l、2、3、4和5中橫坐標(biāo)上4(第四種TiNi合金)對(duì)應(yīng)的柱形圖可以看出，采用時(shí)效處理方法得到的第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?5%、恢復(fù)應(yīng)力為540MPa、恒彈力應(yīng)變?yōu)?4%、上平臺(tái)應(yīng)力為480MPa、SDC為27%，經(jīng)時(shí)效處理方法處理的TiNi合金基體上具有細(xì)小彌散第二相，時(shí)效處理方法有第二相強(qiáng)化作用，使得TiNi合金基體具有較高強(qiáng)度，因而具有良好的超彈性性能和高的恢復(fù)力，但其阻尼特性和可恢復(fù)應(yīng)變較低；從圖1、2、3、4和5中橫坐標(biāo)上1(第一種TiNi合金)對(duì)應(yīng)的柱形圖可以看出，經(jīng)本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?2%、恢復(fù)應(yīng)力為530MPa、恒彈力應(yīng)變?yōu)?1%、上平臺(tái)應(yīng)力為510MPa、SDC為31%，本發(fā)明的復(fù)合熱處理方法處理后的TiNi合金，本發(fā)明的TiNi合金熱處理方法使TiNi合金的構(gòu)造具有穩(wěn)定的可動(dòng)性好的共格馬氏體界面，Ti3Ni4相細(xì)小且彌散分布的微觀組織結(jié)構(gòu)，從而具有了優(yōu)異的形狀記憶性能、超彈性性能和阻尼特性。采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金與中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金、深冷處理方法處理得到的第三種TiNi合金和時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的各項(xiàng)性能進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表l所示。從表l中數(shù)據(jù)可以看出，第一種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?2%，第二種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?7。/。，第三種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?2%，第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變?yōu)?5。/。，本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變僅次于中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變，但是中溫退火方法處理得到的第二種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力、恒彈力應(yīng)變、上平臺(tái)應(yīng)力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiM合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力為530MPa，第二種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力為370MPa，第三種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力為520MPa，第四種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力為540MPa，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力僅次于時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恢復(fù)應(yīng)力，但是時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變、上平臺(tái)應(yīng)力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變?yōu)?1M，第二種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變?yōu)?7。/。，第三種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變?yōu)?2。/。，第四種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變?yōu)?4。/。，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變僅次于時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的恒彈力應(yīng)變，但是時(shí)效處理方法處理得到的第四種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變、上平臺(tái)應(yīng)力和SDC均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力為510MPa，第二種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力為420MPa，第三種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力為520MPa，第四種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力為480MPa，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力僅次于時(shí)效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的上平臺(tái)應(yīng)力，但是時(shí)效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變、恢復(fù)應(yīng)力和恒彈力應(yīng)變均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金的SDC為31。/。，第二種TiNi合金的SDC為21。/。，第三種TiNi合金的SDC為35%，第四種TiNi合金的SDC為27。/。，采用本發(fā)明方法處理得到的第一種TiNi合金的SDC僅次于時(shí)效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的SDC，但是時(shí)效處理方法處理得到的第三種TiNi合金的最大可恢復(fù)應(yīng)變、恢復(fù)應(yīng)力和恒彈力應(yīng)變均比本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金低；綜上所述，采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法得到的第一種TiNi合金同時(shí)具有較高的最大可恢復(fù)應(yīng)變、較大的恢復(fù)應(yīng)力、較高的恒彈力應(yīng)變、較大的上平臺(tái)應(yīng)力和較高的SDC，采用本發(fā)明的TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理的TiNi合金具有良好的多功能一體化的特點(diǎn)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1、一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法按以下步驟進(jìn)行一、將TiNi合金放入深冷設(shè)備中進(jìn)行深冷處理，控制深冷溫度為5～15℃，冷變形量為15％～25％；二、深冷處理后的TiNi合金進(jìn)行中溫退火，在400～500℃的條件下保溫0.5～1.5h；三、TiNi合金退火后放入時(shí)效爐中進(jìn)行約束時(shí)效處理，控制約束應(yīng)力為180～220MPa，在450～550℃的條件下時(shí)效0.5～1.5h；即實(shí)現(xiàn)了TiNi合金的多功能一體化。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟一中深冷溫度為713"C，冷變形量為18%~22%。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟一中深冷溫度為10°C，冷變形量為20%。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟二中在430470。C的條件下保溫0.71.2h。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種fiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟二中在45(TC的條件下保溫lh。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟三中約束應(yīng)力為190210MPa，在470520"C的條件下時(shí)效0.71.2h。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，其特征在于步驟三中約束應(yīng)力為200MPa，在45(TC的條件下時(shí)效lh。全文摘要一種TiNi合金多功能一體化的復(fù)合熱處理方法，它涉及一種TiNi合金多功能一體化的熱處理方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有熱處理方法處理的TiNi合金性能單一的問(wèn)題。本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行一、深冷處理；二、中溫退火；三、約束時(shí)效處理；即實(shí)現(xiàn)了TiNi合金的多功能一體化。本發(fā)明的復(fù)合熱處理方法處理后的TiNi合金，同時(shí)具有良好的形狀記憶效應(yīng)、良好的超彈性性能以及優(yōu)異的阻尼行為，本發(fā)明的復(fù)合熱處理方法使得TiNi合金具有良好的多功能一體化性能。文檔編號(hào)C22F1/16GK101413094SQ20081020962公開(kāi)日2009年4月22日申請(qǐng)日期2008年12月5日優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日發(fā)明者冶吳,偉蔡,隋解和,高智勇申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)