Способ получения заготовки из наноструктурного сплава ti49,3ni50,7 с эффектом памяти формы

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению заготовки из наноструктурного сплава титан-никель с эффектом памяти формы, и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике. Способ получения заготовки из наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы включает равноканальное угловое прессование с накопленной степенью деформации более 4 в интервале температур 300-550°С, пластическую деформацию и отжиг. Полученную после РКУП заготовку заключают в стальную оболочку и осуществляют пластическую деформацию свободной осадкой до степени не менее 30% в интервале температур 20-300°С, после чего заготовку извлекают из оболочки и осуществляют отжиг при температуре Т=200-400°С. Повышаются механические свойства и функциональные характеристики с необходимым поперечным сечением заготовок. 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы (ЭПФ) на основе интерметаллического соединения TiNi с целью значительного повышения их механических и функциональных свойств и может быть использовано в машиностроении, технике и медицине. Особенно привлекательно его использование в медицинских приборах и устройствах для травматологии, ортопедии, стоматологии, минимально-инвазивной хирургии и в других хирургических устройствах в виде имплантатов и инструментов.

Известны способы термомеханической обработки сплавов титан-никель для улучшения их механических и функциональных свойств. Например, способ выявления эффектов запоминания формы в сплавах на основе титана мартенситного и переходного классов [1] включает закалку, деформацию и последующий нагрев. Однако прочностные свойства, получаемые данным способом, являются недостаточными для практического применения.

Известен также способ изготовления сверхупругого сплава никель-титан [2], согласно которому сплав, содержащий 50-51 ат. % никеля, остальное - титан, подвергают отжигу, холодной деформации со степенью деформирования 15-60%, а затем фиксируют определенную форму сплава и нагревают его до 175-600°С. Однако недостатком данного способа является ограниченная возможность одновременного повышения механических (прочностных и пластических) свойств и функциональных характеристик, таких как обратимая деформация и реактивное напряжение.

Известен способ получения ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с ЭПФ [3], наиболее близкий к заявленному изобретению. Он включает термомеханическую обработку, сочетающую деформацию и дорекристаллизационный отжиг, в нем перед термомеханической обработкой осуществляют предварительную закалку сплава, деформацию проводят в два этапа, причем на первом этапе проводят интенсивную пластическую деформацию путем равноканального углового прессования с накопленной степенью деформации больше 4 в интервале температур 300-550°С, а на втором этапе проводят деформацию прокаткой, или экструзией, или волочением со степенью деформации не менее 20% при температурах 20-500°С, а отжиг проводят при температурах 350-550°С в течение 0,5-2,0 ч.

Недостатком прототипа являются невозможность достижения высоких прочностных свойств и реактивного напряжения, требуемого для современных изделий, а также получения размера поперечного сечения заготовок, необходимого для изготовления некоторых изделий и устройств из сплавов титан-никель с ЭПФ (например, термомеханические муфты для бессварного соединения труб с внешним диаметром более 20 мм) либо медицинского инструмента сложной формы. Кроме того, многопроходная обработка прокаткой, или экструзией, или волочением является трудоемкой и требует дорогостоящей специализированной оснастки и оборудования.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в более существенном измельчении микроструктуры и за счет этого в повышении механических свойств и функциональных характеристик сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы в заготовках необходимого поперечного сечения.

Технический результат, достигаемый новым способом обработки, заключается в получении более высоких прочностных свойств изделий одновременно с высокими, по сравнению с прототипом, пределом текучести и реактивным напряжением сплава Ti49,3Ni50,7 с ЭПФ и получении заготовок, размер поперечного сечения которых достаточен для изготовления изделий и медицинского инструмента сложной формы, а также снижении трудоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы, включающим интенсивную пластическую деформацию с накопленной степенью деформации (εN) больше 4, рассчитанную по формуле где N - число проходов, ϕ - угол пересечения каналов оснастки, в интервале температур 300-550°С, пластическую деформацию и отжиг, в соответствии с заявленным изобретением, пластическую деформацию из сплава с эффектом памяти формы осуществляют свободной осадкой до степени не менее 30% в температурном диапазоне 20-300°С, а последующий отжиг проводят при температуре Т=200-400°С. При свободной осадке заготовка из сплава с эффектом памяти формы заключена в металлическую оболочку.

Сущность заявленного способа состоит в применении комбинированной деформационно-термической обработке сплава Ti49,3Ni50,7 с ЭПФ, включающей равноканальное угловое прессование (далее: РКУП) на первом этапе, осадку на втором этапе и изотермический отжиг при температуре третьем этапе. Указанная последовательность операций обеспечивает необходимое измельчение микроструктуры и за счет этого формирование необходимых механических свойств и функциональных характеристик. Методом РКУП сплава Ti49,3Ni50,7 с ЭПФ формируем однородную ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм, последующей осадкой дополнительно измельчаем структуру и накопливаем повышенную плотность дислокаций, а отжигом на последнем этапе снимаем избыточные микронапряжения и создаем наноструктурное состояние с размером зерна/субзерна менее 100 нм. Применением осадки на втором этапе добиваемся увеличению размеров поперечного сечения заготовок, получаемых в результате реализации заявленного способа.

Способ осуществляют следующим образом. Перед термомеханической обработкой осуществляют предварительную закалку сплава Ti49,3Ni50,7. На первом этапе исходную заготовку из сплава Ti49,3Ni50,7 в крупнозернистом состоянии подвергают интенсивной пластической деформации путем РКУП. Заготовку помещают в устройство для РКУП и осуществляют многократное продавливание с целью накопления высокой степени деформации (εN) больше 4 при определенной температуре в интервале 300-550°С.

На следующем этапе заготовку нарезают на цилиндрические заготовки с соотношением высота/диаметр не более 2:1, которые подвергают холодной или теплой деформации осадкой на плоских бойках на стандартном гидравлическом прессе необходимой мощности. Деформация осадкой по высоте составляет не менее 30%. При этом деформации осадкой может подвергаться заготовка-цилиндр, заключенная в металлическую оболочку, обеспечивающую повышенное гидростатическое сжатие. На последнем этапе заготовку подвергают окончательным отжигам в интервале температур 200-400°С.

Заявленный способ апробирован в Санкт-Петербургском государственном университете и в Уфимском государственном авиационном техническом университете. Результаты апробации подставлены в виде конкретных примеров реализации.

Пример №1

Исходным материалом является пруток диаметром 20 мм и длиной 100 мм сплава Ti49,3Ni50,7. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем проводили РКУП заготовки при температуре 300°С за 8 проходов, в результате чего достигается накопленная степень деформации (εN) больше 6. Затем заготовку разрезали на цилиндры высотой 30 мм и диаметром 20 мм. На следующем этапе один из цилиндров заключали в стальную оболочку в форме кольца с высотой 30 мм, внутренним диаметром 20 мм, внешним диаметром 30 мм и подвергали осадке на бойках на гидравлическом прессе при комнатной температуре до достижения степени деформации 30% (до высоты 21 мм). После операции осадкой заготовка извлекалась из оболочки путем ее разрезки. На последнем этапе заготовку подвергали отжигу при температуре 200°С. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. Данные о микроструктуре, пределе текучести и реактивном напряжении приведены в Таблице. В результате обработки получена заготовка наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 диаметром 23,9 мм и высотой 21 мм.

Пример №2

Исходным материалом является пруток диаметром 20 мм и длиной 100 мм сплава Ti49,3Ni50,7. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем проводили РКУП заготовки при температуре 450°С за 8 проходов, в результате чего достигается накопленная истинная степень деформации (εN) больше 6. Затем заготовку разрезали на цилиндры высотой 30 мм и диаметром 20 мм. На следующем этапе один из цилиндров заключали в стальную оболочку в форме кольца с высотой 30 мм, внутренним диаметром 20 мм, внешним диаметром 30 мм и подвергали осадке на бойках на гидравлическом прессе при температуре 150°С до достижения степени деформации 32% (до высоты 20,4 мм). После операции осадкой заготовка извлекалась из оболочки путем ее разрезки. На последнем этапе заготовку подвергали отжигу при температуре 300°С. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. Данные о микроструктуре, пределе текучести и реактивном напряжении приведены в Таблице. В результате обработки получена заготовка наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 диаметром 24,3 мм и высотой 20,4 мм.

Пример №3

Исходным материалом является пруток диаметром 20 мм и длиной 100 мм сплава Ti49,3Ni50,7. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем проводили РКУП заготовки при температуре 550°С за 8 проходов, в результате чего достигается накопленная истинная степень деформации (εN) больше 6. Затем заготовку разрезали на цилиндры высотой 30 мм и диаметром 20 мм. На следующем этапе один из цилиндров подвергали осадке на бойках на гидравлическом прессе при температуре 300°С до достижения степени деформации 33% (до высоты 20,1 мм). На последнем этапе заготовку подвергали отжигу при температуре 400°С. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. Данные о микроструктуре, пределе текучести и реактивном напряжении приведены ниже в Таблице. В результате обработки получена заготовка наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 диаметром 24,4 мм и высотой 20,1 мм.

Механические свойства и функциональные характеристики сплава Ti49,3Ni50,7 с ЭПФ

В Таблице представлены способы обработки, средний размер зерна, механические свойства и функциональные характеристики сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы, где σв - предел прочности, σ0,2 - предел текучести, εrmax - максимальная обратимая деформация, σrmax - максимальное реактивное напряжение. Для сравнения приведены данные из прототипа.

Как показывают примеры и результаты, приведенные в Таблице, заявленная обработка приводит к наноструктурному состоянию и одновременному повышению прочности и реактивного напряжения по сравнению с прототипом. Из полученных заготовок методами механической обработки и электроэрозионной вырезки возможно изготовление различных изделий инструментов.

Технико-экономический эффект заявленного способа состоит в том, что предложенный способ позволяет получать большеразмерные объемные заготовки наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с ЭПФ с существенно повышенными механическими свойствами и функциональными характеристиками, которые можно использовать для изготовления ответственных технических конструкциях и устройств, а также медицинских изделий сложной формы. Применение данного способа в деформационно-термической формообразующей обработке сплавов титан-никель с ЭПФ будет способствовать импортозамещению, т.к. позволит получать в России материал для изготовления как инженерных, так и медицинских конструкций, который в настоящее время закупается за рубежом.

Источники информации

1. Патент РФ №2115760, МПК C22F 1/18, 20.07.1998 г.

2. JP 6065741, МПК C22F 1/10, опубл. 24.08.94 г., ИСМ, вып. 48, №10/97.

3. Патент РФ №RU 2266973 C1, C22F 1/18, 27.12.2005 (прототип).

Способ получения заготовки из наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы, включающий равноканальное угловое прессование (РКУП) с накопленной степенью деформации более 4 в интервале температур 300-550°С, пластическую деформацию и отжиг, отличающийся тем, что полученную после РКУП заготовку заключают в стальную оболочку и осуществляют пластическую деформацию свободной осадкой до степени не менее 30% в интервале температур 20-300°С, после чего заготовку извлекают из оболочки и осуществляют отжиг при температуре Т=200-400°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства товарных труб из титановых сплавов. Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 273×10×8700-9500 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М включает отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al2O3, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с коэффициентом вытяжки μ=4,78, с подачами гильз в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, резку передельных труб на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршруту 325×15×5150-5600 - 273×10×8700-9500 мм с относительным обжатием по стенке δm=33,3% и коэффициентом вытяжки μm=1,77.

Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно термической обработке конструкционных демпфирующих сплавов системы Mn-Cu. Способ термической обработки листов из сплавов системы Mn-Cu для восстановления их демпфирующей способности включает нагрев при температуре 150-400°С, выдержку не менее 525 с на 1 мм толщины листа и охлаждение со скоростью не менее 2°С/с.

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М включает отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al2O3, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с вытяжкой μ=4,78 и подачей в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 - 273×12×7300-7950 - 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δm=20,0%, δ1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μm=1,49 и μ1m=1,66.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению полосы из магнитомягкого сплава. Способ изготовления полосы из магнитомягкого сплава толщиной менее 0,6 мм, пригодной для механической резки, включает холодную прокатку полосы, полученной горячей прокаткой полуфабриката, затем полосу подвергают непрерывному отжигу пропусканием через печь непрерывного действия при температуре в пределах от температуры перехода упорядочения/разупорядочения сплава до температуры начала ферритно-аустенитного превращения сплава, причем скорость движения полосы устанавливают таким образом, чтобы время выдержки полосы в печи непрерывного действия при температуре отжига составляло меньше 10 минут.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к обработке давлением и может быть использовано для получения из этих материалов заготовок, полуфабрикатов и изделий с регламентированной структурой, используемых в аэрокосмической и автомобильной технике.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке титановых сплавов. Способ термической обработки изделия из деформируемого сплава ВТ23 характеризуется тем, что изделие нагревают до 850°С, выдерживают 1 ч, охлаждают в воде и подвергают старению при температуре 550°С в течение 10 ч.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке титановых сплавов. Способ термической обработки изделий из титанового сплава ВТ16 включает закалку путем нагрева до температуры 790-830°C, выдержки и охлаждения в воде.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением с использованием интенсивной пластической деформации и предназначено для получения нанокристаллических материалов с увеличенным уровнем механических свойств, и может быть использовано при обработке изделий из магнитомягких сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению плоского профиля из гафния, и может быть использовано в качестве конструкционного материала в активных зонах атомных реакторов.

Изобретение относится к области обработки металлических лент и получения магнитомеханических маркеров для электронного контроля изделий. .

Изобретение относится к получению однофазного нанокристаллического порошка феррита висмута BiFeO3 с ферромагнитными свойствами. Способ включает смешивание нитратов висмута Bi(NO3)3, нитратов железа Fe(NO3)3, глицерина и воды с получением раствора, выпаривание полученного раствора с образованием геля и нагрев его до температуры вспышки с образованием порошка.

Изобретение относится к химии и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении электродов и суперконденсаторов. В проточном реакторе устанавливают температуру обработки в диапазоне (500 – 900) °С, включая указанные значения, обеспечивающую разложение прекурсора углерода и осаждение углерода на равномерно распределённый в прекурсоре темплат, предварительно температурно подготовленный при пропускании потока инертного газа.

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления различных органических или гибридных оптоэлектронных изделий, структур и устройств, в том числе органических фотовольтаических устройств и органических светоизлучающих транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению.

Изобретение относится к области интенсификации теплообмена при конденсации внутри труб и каналов, а также конденсации на поверхностях, расположенных в объеме пара.

Изобретение относится к полимерному соединению, к вариантам композиций, предназначенных для изготовления полимерных фотовольтаических, светоизлучающих устройств и органических транзисторов, а также к способу получения полимерного соединения и его применению.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к нанотрубкам на основе сложных неорганических оксидов, которые могут быть использованы в качестве сорбентов, гетерогенных катализаторов и компонентов композитных материалов фрикционного и конструкционного назначения.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении прозрачных сенсорных экранов, световых панелей и фотоэлементов. Полученный из биомассы источник углерода, выбранный из целлюлозы и/или лигнина, высушивают в присутствии катализатора, выбранного из группы, состоящей из хлоридов марганца, соединений железа, соединений кобальта и соединений никеля, для получения первого промежуточного продукта.

Изобретение относится к способу локальной нанокристаллизации оксидных стекол под действием лазерного излучения. Стекло состава ВаО 35-45 мол.%, ТiO2 10-20 мол.%, SiO2 40-50 мол.% облучают сфокусированным фемтосекундным пучком лазера, генерирующего на длине волны 1030 нм импульсы с частотой 100-500 кГц длительностью 300 фс и с энергией 0,5-1,5 мкДж.

Изобретение относится к офтальмологическому изделию, к способу улучшения смачиваемости офтальмологического изделия и к офтальмологическому раствору. Офтальмологическое изделие выполнено из гидрогеля в качестве поперечносшитой полимерной матрицы и содержит по меньшей мере один водорастворимый нереакционноспособный гидрофильный полимер, содержащий менее 20 мол.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе эпоксиангидридной смеси, которые могут быть использованы в строительстве объектов транспортной инфраструктуры, жилищно-коммунального хозяйства, а также в гражданском и промышленном строительстве.

Изобретение относится к области металлургии, нефтяного машиностроения и ремонта подземного оборудования нефтяных скважин и может быть использовано для изготовления и ремонта (восстановления) насосно-компрессорных труб (НКТ).

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению заготовки из наноструктурного сплава титан-никель с эффектом памяти формы, и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике. Способ получения заготовки из наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы включает равноканальное угловое прессование с накопленной степенью деформации более 4 в интервале температур 300-550°С, пластическую деформацию и отжиг. Полученную после РКУП заготовку заключают в стальную оболочку и осуществляют пластическую деформацию свободной осадкой до степени не менее 30 в интервале температур 20-300°С, после чего заготовку извлекают из оболочки и осуществляют отжиг при температуре Т200-400°С. Повышаются механические свойства и функциональные характеристики с необходимым поперечным сечением заготовок. 1 табл., 2 пр.

Наверх