形狀記憶合金性能的制備方法

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1、形狀記憶合金性能的制備方法1、熔煉方法NiTi合金中含有大量的活性元素Ti，Ti又很容易和C、0、N等元素起反應(yīng)，使C、O、N元素混入合金中。所以，在合金的熔煉中，對坩堝的材質(zhì)，對熔煉時的氣氛和環(huán)境都要加以認真的考慮、選擇、并且嚴格控制，以抑制各種夾雜物的產(chǎn)生。NiTi形狀記憶合金通常都是在真空下進行熔煉，表11-10中列出常用熔煉方法的特征及對合金影響程度：表11-10各種熔煉方法特征、均勻性及夾雜物的影響熔煉方法電子束電弧等離子體高頻感應(yīng)氣氛真空真空真空，不活潑氣體真空，不活潑氣體坩堝水冷銅水冷銅水冷銅真空，不活潑氣體水冷銅均勻性

2、△OO◎◎成分×△O◎◎雜質(zhì)物◎◎◎△◎注：符號◎、O、△、×表示從優(yōu)到差的順序。從表11-10中夾雜物一覽中可以看出，由于在坩堝中使用了水冷銅結(jié)晶器，所以電子束、電弧、等離子熔煉法都不受坩堝的污染，其中電子束熔煉時要求的真空度最高，因而冶煉效果也最好。但是，電子束和電弧熔煉時需要電極，在電極處的均勻性問題值得考慮，特別是電子束熔煉時，熔池很淺，鑄錠時難以避免縱向偏析。進行熱機械訓(xùn)練，即多次反復(fù)進行2.5%左右應(yīng)變+600℃左右的退火，通過等離子體、高頻感應(yīng)熔煉時，不需要電極，而且可以熔煉各種形狀的金屬。在高頻感應(yīng)熔煉NiTi形狀記憶

3、合金時，要使用耐火坩堝，而在熔煉鋼材時常用氧化鋁或者氧化鎂坩堝，在熔煉由于氧化鋁會和熔融狀態(tài)下的NiTi合金發(fā)生反應(yīng)，一般不使用。氧化鎂坩堝和NiTi合金雖不發(fā)生反應(yīng)，但是會使氧含量達到0.08%~0.18%為了減少氧的混入，選用石墨坩堝比較合適。現(xiàn)在實用NiTi形狀記憶合金的熔煉都用石墨坩堝，這時氧的含量為0.045%~0.06%，但是有微量的碳混入，達到0.025%~0.09%。隨著熔融時間的延長，熔融溫度的升高，碳的混入量會增加，而且Ni的相對含量越低，碳越容易混入。高頻感應(yīng)熔煉因為電流對熔體有攪拌作用，因而得到的鑄錠成分均勻性

4、好，而且通過合適的坩堝及采用真空或惰性氣體保護，可以抑制碳、氧及其他雜質(zhì)的混入，能夠較好地控制合金得成分。目前，在工業(yè)性生產(chǎn)中熔煉NiTi形狀記憶合金的主要方法有真空自耗電極電弧熔煉、真空感應(yīng)熔煉等。真空自耗電極電弧熔煉雜質(zhì)污染雖少，但鑄錠成分均勻性較差，所以一般用它制作母合金，然后再用真空感應(yīng)熔煉，稱為真空自耗一真空感應(yīng)法。也有先采用真空感應(yīng)爐制備母合金然后再用真空感應(yīng)爐調(diào)整成分，稱為雙真空感應(yīng)法。此法成分易控制，而且均勻，缺點是經(jīng)過兩次接觸石墨坩堝，容易增碳。目前工業(yè)上所用的熔煉方法有如下3種：(1)真空感應(yīng)一次熔煉（VIM法）。

5、方法是先制取少量的已知成分的NiTi母合金，置于真空感應(yīng)爐內(nèi)石墨坩堝中，通電熔化后形成NiTi合金熔池，然后再把按設(shè)計成分配比的Ni、Ti碎料在保護氣氛下加入熔池。此工藝的優(yōu)點是熔煉能耗、成本低，合金成分較均勻c但問題是在熔煉過程中有雜質(zhì)碳的污染，這對合金的形狀記憶效應(yīng)很不利。(2)真空自耗電弧熔煉+真空感應(yīng)熔煉法(VAM+VIM)o此熔煉法先由真空自耗爐煉成基本合金化的NiTi母合金，再通過真空感應(yīng)爐均勻化重熔。本工藝可以控制冶煉時間來有效地控制碳含量。(3)真空自耗電極電弧凝殼爐熔煉法。此工藝是借助正極性連接法，造成高速電子流撞擊

6、熔池釋放熱能，來確保熔池高溫和電磁攪拌作用達到合金的充分合金化和均勻化，此工藝多用來熔煉鈦合金。真空感應(yīng)水冷銅坩堝熔煉是近年來發(fā)展的新技術(shù)，由于金屬溶液接觸的是水冷銅坩堝，而且又有渦流攪拌作用，因此可以一次獲得雜質(zhì)污染少，而且成分均勻的鑄錠，不過由于真空感應(yīng)水冷銅坩堝爐造價昂貴，世界上為數(shù)還不多，所以目前熔煉NiTi母合金置于真空感應(yīng)爐內(nèi)石墨中，通電熔化后形成NiTi合金熔池，然后再把設(shè)計成分配比比Ni、Ti碎料在保護氣氛下加入熔池。因此工藝的優(yōu)點是熔煉能耗、成本低、合金成分較均勻。但問題是在熔煉過程中有雜質(zhì)碳的污染，這對合金的形狀記

7、憶效應(yīng)很不利。(2)真空自耗電弧熔煉+真空感應(yīng)熔煉法(VAM+VIM)：此熔煉法先由真空自耗爐煉戰(zhàn)基本合金化的NiTi母合金，再通過真空感應(yīng)爐均勻化重熔3本工藝可以控制冶煉時間來有效地控制碳含量：(3)真空自耗電極電弧凝殼爐熔煉法。此工藝是借助正極性連接法，造成高速電子流撞擊熔池釋放熱能，來確保熔池高溫和電磁攪拌作用達到合金的充分合金化和均勻化，此工藝多用來熔煉鈦合金。真空感應(yīng)水冷銅坩堝熔煉是近年來發(fā)展的新技術(shù)，由于金屬溶液接觸的是水冷銅坩堝，而且又有渦流攪拌作用，因此可以一次獲得雜質(zhì)污染少，而且成分均勻的鑄錠，不過由于真空感應(yīng)水冷銅

8、坩堝爐造價昂貴，世界上為數(shù)還不多，所以目前熔煉NiTi合金的主要方法還是采用石墨坩堝真空感應(yīng)熔煉法，因其石墨坩堝成分低、易加工，可以進行少量生產(chǎn)，也可一次生產(chǎn)幾十噸的鑄錠，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，尤其在我國更是如此