熱處理對Ni47Ti44Nb9合金相變及力學性能的影響*

高三存，韓坤年，賴永亮

(甘肅省機械科學研究院，甘肅蘭州 730030)

熱處理對Ni47Ti44Nb9合金相變及力學性能的影響*

高三存，韓坤年，賴永亮

(甘肅省機械科學研究院，甘肅蘭州 730030)

研究了不同熱處理制度下，Ni47Ti44Nb9合金相變及力學性能的變化規律。結果表明:降低固溶溫度，固溶處理后慢速冷卻或固溶處理后再時效，會降低合金相變點，增加相變滯后寬度;升高固溶溫度，以及固溶加時效處理，會使得合金的強度降低塑性增加。

形狀記憶合金;Ni47Ti44Nb9;相變;力學性能

1 引言

鎳鈦形狀記憶合金由于其優良的力學性能、耐腐蝕性能、耐磨性能、生物相容性以及優異的形狀記憶性能，在航空航天、機械、醫療器械等不同領域得到廣泛的應用［1］。在記憶合金管接頭、連接件及緊固件應用領域，由于普通的鎳鈦合金其相變滯后寬度小，在產品的儲存運輸方面受到相變滯后寬度小的制約，只能在低溫下擴徑并且在低溫下儲存及運輸。NiT-iNb系形狀記憶合金的研究及開發應用，解決了形狀記憶合金管接頭的工程運用問題，用其制成的緊固件、連接件可在常溫下儲存、運輸，不需保存在液氮中［2］。作為管路連接件的形狀記憶合金必須具有低的Ms點和高的強度，以及采用適當的熱處理來對材料進行定型處理。因此，研究不同熱處理工藝對合金相變及力學性能的影響對實際工程應用具有十分重要的意義。筆者主要研究了不同熱處理工藝對Ni47Ti44Nb9合金相變及力學性能的影響。

2 實驗方法

本實驗采用真空感應爐熔煉獲得 Ni47Ti44Nb9(at%)合金錠，合金錠經850℃/1 h退火后經鍛造、熱旋鍛、熱拉成Φ 2.6 mm的絲材，取150 mm長，清洗表面后，進行不同的熱處理。熱處理制度為800℃、900℃、1 000℃，保溫1 h，水淬;經過900℃/1 h的固溶試樣在500℃，保溫1.5 h后，分別水冷和空冷;經過900℃/1h的固溶試樣在400℃，保溫1.5 h后空冷。采用德國NETZSCH公司生產的型號DSC－204示差掃描量熱儀測量相變溫度，測試溫度區間為－150～120℃，升降溫速率為10℃/min。在DSC曲線上用切線法確定馬氏體相變的開始和終了溫度(Ms和Mf)，以及馬氏體逆相變的開始和終了溫度(As和Af)。用萬能材料試驗機對不同熱處理的合金試樣進行力學性能測量。

3 實驗結果及分析

表1為Ni47Ti44Nb9合金在不同熱處理工藝下測得的相變溫度點、相變熱滯、相變滯后寬度及相變潛熱。熱處理工藝對相變參數的影響規律如圖1所示。

由表1及圖1可以看出:合金的相變點隨著固溶溫度的升高而升高，相變滯后寬度隨著固溶溫度的升高變化不是很明顯;經固溶時效后，合金的相變點較只經過固溶處理的合金相變點低，時效溫度越低相變點越低;固溶時效后，隨著冷卻速度的減緩，相變點越低;不同處理的合金，奧氏體相變熱滯比馬氏體熱滯大，由于奧氏體相變熱滯大于馬氏體相變熱滯，所以合金在升降溫過程中，吸收的熱量比放出的熱量大;經900℃/1 h+400℃/1.5 h空冷處理后的合金Ms點為－90.52℃，相變滯后寬度為60.45℃。

熱處理制度將會影響到合金的顯微組織，電子探針微區成分分析發現:基體母相中成分隨熱處理工藝的不同有一定的變化，基體相中Ni含量越高Ms點越低，造成Ms溫度不同的原因在于基體相中Ni含量的改變(或原子Ni/Ti比的改變)，而基體相成分的改變與其內部Nb相粒子的析出有關。研究表明［3］，Ni47Ti44Nb9合金中，共晶組織的Ni/Ti比例比合金基體的Ni/Ti比例低，基體相中Nb相粒子的析出，導致共晶組織的增加，從而使得基體Ni/Ti比例升高。隨著固溶溫度升高，基體相中Nb含量升高，則共晶組織減少，導致基體相中Ni/Ti比例降低，合金相變點升高。固溶處理后慢速冷卻或固溶處理后再時效，使富Nb相從基體相中充分析出，基體相中Nb含量的減少，使基體Ni/Ti比例升高，導致合金Ms點降低。合金中隨著Ni/Ti比例升高，Ms點與As點同時降低，但是，Ms點的變化較As點顯著，從而使得合金的相變滯后寬度增加。

不同熱處理工藝下Ni47Ti44Nb9合金的室溫力學性能如表2所示。

圖1 不同熱處理工藝對相變參數的影響規律

表1 不同熱處理工藝下的相變溫度點、相變熱滯、相變滯后寬度及相變潛熱

表2 不同熱處理工藝下合金的室溫力學性能

從表2可以看出，隨著固溶溫度的升高，合金的強度降低，延伸率升高，由于固溶溫度的升高，合金中Nb相增加，由于Nb相是一種軟相，故使得合金的強度降低，延伸率增加。固溶處理后慢速冷卻或固溶處理后再時效，都有利于Nb相的析出，因此，固溶加時效處理，使得合金強度降低塑性增加。

4 結論

(1)固溶溫度越低，固溶處理后慢速冷卻或固溶處理后再時效，導致合金基體Ni/Ti比例升高，從而使合金相變點降低，相變滯后寬度增加。

(2)升高固溶溫度，以及固溶加時效處理，都會使得合金的強度降低塑性增加。

［1］ 李艷鋒，米緒軍，高寶東，等.熱處理對Ti2Ni合金顯微組織和力學性能的影響［J］.金屬熱處理，2009，34(8):40－43.

［2］ 王 磊，閆德勝，姜志民，等.Ni－Ti－Nb寬滯后形狀記憶合金管接頭研究和進展［J］.材料工程，2004(7):60－63.

［3］ 栗華矗，高寶東，王江波，等.熱處理對Ni47Ti44Nb9記憶合金相變溫度的影響［J］.稀有金屬，2004，28(8):794－796.

［4］ 顏 瑩，金 偉，邱紹宇.熱處理對Ti44Ni47Nb9合金的組織和Ms點的影響［J］.材料研究學報，2004，18(2):200－204.

Influence of Heat Treatment on Phase Transformation and Mechanical Properties of Ni47Ti44Nb9Alloy

GAO San－cun，HAN Kun－nian，LAI Yong－liang
(Gansu Academy of Mechanical Sciences，Lanzhou Gansu 730030，China)

The change rule of heat treatment on phase transformation and mechanical properties of Ni47Ti44Nb9alloy in different heat treatment condition is researched.The results show that reducing the solution temperature，slow cooling after solution treatment or aging after solution treatment will reduce the phase transformation point，and increase the transformation hysteresis;hoisting solution temperature and solid solution plus aging treatment will reduce the strength of the alloy，and increase the plastic.

shape memory alloys;Ni47Ti44Nb9;phase transition;mechanical properties

TG15

A

1007－4414(2013)05－0071－02

2013－07－23

高三存(1973－)，男，甘肅白銀人，工程師，研究方向:形狀記憶合金。