[发明专利]一种局部包套大塑性变形制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属塑性成形领域的金属成形方法。

背景技术

镍钛形状记忆合金因为具有良好的形状记忆效应和超弹性，已经在工程领域得到了广泛的应用。镍钛形状记忆合金的塑性成形是制造镍钛形状记忆合金线材、棒材、管材、带材和板材必不可少的手段，而塑性成形对镍钛形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性等力学性能具有重要的影响。尤其是镍钛形状记忆合金的冷塑性成形，随着变形程度的不同，可能导致高密度孪晶、位错亚结构、纳米晶和非晶的产生，这将会抑制马氏体相变而影响镍钛形状记忆合金的形状记忆效应，但经过后续一定热处理之后，纳米晶化的镍钛形状记忆合金在保留一定的形状记忆效应之后，会表现出良好的超弹性和较高的力学性能。因此，近几年来，国内外许多学者开始致力于镍钛形状记忆合金冷变形条件下的大塑性变形(SPD)技术，实现镍钛形状记忆合金的纳米晶化和非晶化，主要有高压扭转(HPT)、冷轧和冷拔。

发明内容

本发明的目的在于提供不需要专有设备、成本较低的一种局部包套大塑性变形制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种局部包套大塑性变形制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金的方法，其特征是：

(1)将镍钛形状记忆合金加工成圆柱形状，以过盈配合的方式装配到高度为镍钛形状记忆合金高度40％～60％的金属包套中，并使镍钛形状记忆合金上下两端露出金属包套的部分高度相等，然后将镍钛形状记忆合金的两端涂上石墨；

(2)将装配好的镍钛形状记忆合金和金属包套固定在压力机上的上下砧之间，然后进行压缩变形，在压缩变形初期，包套未与上下砧接触，只有镍钛形状记忆合金发生压缩变形，镍钛形状记忆合金处于三向压应力状态，当镍钛形状记忆合金的压缩变形程度达70％以上时，镍钛形状记忆合金发生非晶或纳米晶化，从而制备出非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金；

(3)将制备好的材料放在冲模上，用冲头将镍钛形状记忆合金从金属包套中冲下，实现料套的分离。

本发明还可以包括：

1、在压缩变形时，先将镍钛形状记忆合金压缩到变形程度为40％～60％，在金属包套发生轴向压缩变形前停止压缩，然后采用冲模将镍钛形状记忆合金从包套金属中分离出，进行圆度平整之后，再次进行局部包套，并重复进行上述压缩变形，直到获得所需要的变形程度。

2、压缩变形时以不小于0.05秒-1的应变速率进行压缩变形。

本发明的优势在于：

1.该方法只需简单的模具在普通的液压机上即可制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金块体材料，不需要专有设备，成本较低。

2.在包套压缩过程中，镍钛形状记忆合金始终处于三向压应力的状态，可以显著提高镍钛形状记忆合金的塑性，实现镍钛形状记忆合金较大的冷塑性变形。

3.该方法采用局部包套压缩的形式，在保证金属包套不发生轴向压缩塑性变形的条件下，可以重复进行包套压缩，只需较小吨位的设备，实现镍钛形状记忆合金的大塑性变形，制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金大块体材料。

4.将实际生产中较大的镍钛形状记忆合金包套试样，缩小一定的比例，在INSTRON万能材料力学性能试验机上进行压缩试验，可以有效地分析金属流动规律、计算变形力，极大地节约生产成本。

5.对于局部包套压缩制备得到的非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金，通过普通的热处理便可以实现非晶镍钛形状记忆合金的纳米晶化。

附图说明

图1为本发明的镍钛形状记忆合金局部包套压缩基本原理图；

图2为镍钛形状记忆合金重复局部包套压缩示意图，图2a第一次包套后试样；图2b第一次压缩后；图2c第一次分离后；图2d第二次包套后试样；图2e第二次压缩后；图2f第二次分离后；

图3为局部包套压缩制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金实施例图，图3a为压缩前，图3b压缩后；

图4为局部包套压缩制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金的TEM图，图4a为明场像，图4b选区电子衍射；

图5为经过热处理晶化后的纳米晶镍钛形状记忆合金的TEM图，图5a为明场像，图5b选区电子衍射。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，本发明提出的采用局部包套压缩形式实现镍钛形状记忆合金的大塑性变形，来制备非晶/纳米晶镍钛形状记忆合金的基本原理如图1所示。