СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА
METHOD OF THERMOMECHANICAL TREATMENT OF PRODUCTS FROM ALLOY ON BASE OF TITANIUM NICKELIDE

Изобретение относится к технике производства изделий преимущественно типа тонких прутков и проволоки из сплава на основе никелида титана, обладающего эффектом памяти формы.
Из известных способов получения подобных изделий из сплавов, обладающих эффектом памяти формы, наиболее близким является способ термомеханической обработки при изготовлении сверхупругой детали типа проволоки из сплава никеля и титана (см. FR 2758338 A1, 17.07.1998 г.), при котором достигается увеличение упругих свойств изделий. Способ включает выдержку заготовки при температуре от 400 до 520°C в течение 5-60 минут после предварительной вытяжки на 15-28%. Перед указанной выдержкой может также проводиться дополнительный отжиг в течение 1-2 минут при 700-800°C или мгновенный отжиг в течение 10-30 секунд при 600-800°C. При этом вытяжка может проводиться как до, так и после отжига, как холодная вытяжка, так и теплая при >500°C. Вытяжка может проводиться с промежуточным отжигом при 400-550°C. Однако этот способ включает такое разнообразие сочетаний термического и механического воздействий на изделие, что, кроме лабораторных условий, его сложно применить в производстве.
Задачей изобретения является упрощение технологических и технических процессов при изготовлении изделий из сплава никелида титана в серийном производстве при одновременном обеспечении строгой прямолинейности изделия, а также высоких значений псевдоупругости, механических свойств и долговечности.
Решение данной задачи достигается тем, что изделие (или, при необходимости, заготовки изделий) в ходе производства подвергается термомеханическому воздействию в два этапа. Первый этап включает нагрев изделия до температуры 500÷600°C, выдержку при данной температуре в течение 3-10 минут, затем деформирование при данной температуре растяжением со степенью не более 1% и охлаждение в деформированном состоянии до комнатной температуры. Второй этап включает: нагрев изделия до температуры 250÷350°C, выдержку при данной температуре не более одной минуты, повторное деформирование при данной температуре растяжением со степенью не более 1% и охлаждение изделия или заготовки до комнатной температуры одновременно с разгрузкой.
Для реализации способа в производственных условиях использовались нагревательное устройство и механизм создания деформации растяжения. После нагрева изделия (или заготовки) до 550°C включали механизм растяжения. Выдерживали изделие при этой температуре в течение 3 минут и затем в течение минуты осуществляли растяжение до степени 1%. Затем нагрев отключали, и изделие охлаждалось до исходной температуры. Затем изделие повторно нагревали до 300°C, выдерживали в течение одной минуты и осуществляли растяжение со степенью 1%. Отключали нагрев, и изделие охлаждалось до температуры окружающей среды.
Повторный нагрев и растяжение в случае мелкосерийного производства может быть осуществлено на этом же оборудовании. Для крупносерийного производства каждый этап будет осуществляться на своем комплекте механизмов.
Данный способ термомеханической обработки обеспечивает высокую псевдоупрутость в пределах разгрузки (≥8%) и прямолинейность изделия, так как после волочения проволока всегда криволинейная и без соответствующей обработки не может использоваться в практике, например, в качестве антенн и сверхупругих элементов в медицине. Прямолинейность проволоки при ее освобождении из бухты - обязательное требование потребителя. Кроме того, предложенный способ термомеханической обработки обеспечивает высокое сопротивление изделия усталостному разрушению. Например, деформация проволоки односторонним изгибом в пределах 5% обеспечивает долговечность 2600-3000 циклов, в то время как существующие способы такую долговечность не гарантируют.
В таблице приведены механические свойства проволоки до и после обработки предложенным способом: проволоки диаметром от 0,15 до 1,0 мм состава Ti-50,6 ат.% Ni(плавка 41) и Ti-50,8 ат.% Ni, Ni (плавка 43).
Таблица
№ плавки и вид обработки
σ<sub>ф</sub>, МПафазовый предел текучести
σ<sub>т</sub>, МПаобычный предел текучести
σ<sub>в</sub>, МПапредел прочности
δ, %относит. удлинение при растяжении
Плавка 41 (после волочения)
После холодного волочения отсутствует; После теплого волочения 450-520
500-600
1150-1250
10-12
Плавка 41 (после термо-механической обработки)
500-550
1100-1200
1300-1380
10-12
Плавка 43 (после волочения)
550-600
750-850
1500-1580
10-12
Плавка 43 (после термо-механической обработки)
580-610
1300-1350
1450-1550
10-13
Эксперименты показали также, что деформация псевдоупругости после волочения проволоки составляет 6-7%, при этом проволока остается криволинейной, то есть непригодной к практическому использованию. После термомеханической обработки («прямого отжига») псевдоупругая деформация всегда не ниже 8%, и проволока приобретает прямолинейную форму.
Таким образом, предлагаемый способ, легко осуществимый в производстве, позволяет обеспечить строгую прямолинейность изделия, а также высокие значения псевдоупругости, механических свойств и долговечности.