[发明专利]一种通过冷变形提高镍钛钒记忆合金超弹性的工艺

说明书

技术领域

本发明属于记忆合金领域，特指一种通过冷变形提高镍钛钒记忆合金超弹性的工艺。 

背景技术

随着形状记忆合金的飞速发展， NiTi基合金以其优良的形状记忆效应、超弹性以及良好的机械性能而得到了最广泛的应用。在记忆合金中，冷变形由于可以引入大量的位错而极大的强化母相，强化的母相在很大程度上可以增强合金的超弹性，这种现象已经在TiNi形状记忆合金中已经得到证实。近几年来人们致力于研究NiTiX三元合金的形状记忆方面的性能也取得了极其有价值的研究成果。随着生产技术的提高和科学技术的进步，人们对记忆合金的研究开始逐渐深入，也开始对记忆合金超弹性做了一定的研究，但是在众多的研究中，涉及到镍钛钒形状记忆合金的研究很少。目前，由于对冷变形TiNi合金的线性超弹性及其影响因素以及对冷变形TiNi合金中马氏体组织缺乏系统研究，已经严重影响了TiNi合金超弹性的工程应用。然而对基于TiNi合金基础之上的镍钛钒形状记忆合金研究更少，这也严重的阻碍了镍钛钒形状记忆合金的应用和发展，针对这一问题，本发明开发了一种通过冷变形提高镍钛钒记忆合金超弹性的工艺。经过查询，未见有相关专利发表。 

发明内容

本发明目的在于提供一种利用冷变形的方法，提高镍钛钒记忆合金的超弹性，扩大其应用范围。 

本发明涉及一种通过冷变形提高镍钛钒记忆合金超弹性的工艺，其特征为：对镍钛钒记忆合金进行冷变形（其成分范围为：Ni:55.5~57.3wt%； Ti:41.8~43.4wt%；V:0.57~0.73wt%。相变点A_f=-35℃~-5℃），当冷变形量为15~33%时，合金马氏体变体的体积明显增大，合金会获得很好的超弹性。 

测量冷压变形处理过的丝的厚度，利用公式 （d₁为变形前丝材的直径，d₂为变形后丝材的直径）计算出变形量，在不同的变形量下（表1）。 

  

表1  压力与变形量之间的关系

Tab 3-1  The relation between pressure and deformation 

  对室温冷变形处理的不同试样做拉伸试验，试验在液压万能拉伸实验机上进行。拉伸试验的加载速率为1KN/min ，试样加载到1.2KN的时候保持5秒钟然后卸载，得到不同的拉伸力—变形量关系曲线，见图1。

相变超弹性与普通金属材料的弹性相比，表现出明显的加载和卸载平台，这实际上是形状记忆效应的另一种表现形式，也是由于热弹性马氏体相变。合金在施加载荷时屈服并产生变形是由于应力诱发马氏体相变产生了有利于取向的马氏体变体；卸载时，提供变形的应力诱发马氏体发生逆相变。与记忆效应类似，如果此应力诱发马氏体在晶体学上可逆，则表现除变形的恢复。如果应力诱发产生的马氏体继续被诱发为另一种马氏体，则可以出现多阶段相变超弹性，可以使相变超弹性产生的应变很大。 

可以看出，试样在4.5%的变形下曲线与原始试样的曲线相比区别不是太大（如图1a，图1b所示），只是试样的残留变形略有减少，但是整体不大。这说明小的变形量对TiNiCr的弹性影响很小，这也是由于小的变形引入的位错不足以强化母相强度的原因。这与恢复率试验中出现的现象恰好吻合。 随着变形的进一步增大，拉伸试验得到的曲线发生了较大的变化（如图1c所示）。从图1c中可以看出，试样的残留变形进一步减小，而且曲线上出现的应力平台与原始试样和变形量较小的试样相比几乎不是很明显。这表明母相在变形的影响下强度得到很大的提高，使应力诱发马氏体的临界值大幅度上升，从而我们在曲线上面发现不了明显的应力平台。当试样的变形进一步增大的时候，曲线的形状仍然有很明显的变化（如图1d）,与图1c相比曲线的面积进一步减小，试样的残留变形也有大幅度改观，这表明，试样的弹性随着变形量的增加，有了进一步的提高；同时应力平台也更不明显，这说明，弹性模量在增加，母相在变形量达到20％时继续得到强化。当试样的变形量增加到27％时，曲线的面积仍然有很明显的减小（图1e），应力平台更加不明显，残留的变形量也继续减少，也就是说，当变形量为27％的时候,试样的弹性仍然随着变形的增加而继续增加。但当变形为30％时，我们发现试样的残留变形虽然继续减小但是拉伸曲线已经与图1e相比没有什么大的变化。当冷轧压力继续升高，试样的变形增大的时候我们可以看出无论是曲线的形状还是变形的残余量都没有太大变化（图1f、图1g）。