Способ деформационной обработки длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов ti50-xni50+x с эффектом памяти формы

Изобретение относится к электропластической формообразующей обработке титан-никелевых сплавов для повышения их деформационной способности и эффекта памяти формы и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Способ деформационной обработки длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы включает многопроходную прокатку предварительно закаленного полуфабриката в аустенитном состоянии при температуре деформации Тдд для сплавов Ti50-xNi50+x при х>0,3 и в мартенситном состоянии при температуре Мкдн для сплавов Ti50-xNi50+x при х=0-0,3 и до достижения суммарной истинной степени деформации e>0,3, где Тд - температура деформации, Мн и Мк - температуры начала и конца прямого превращения, Мд - температура существования стабильного аустенита. При этом производят одновременное воздействие импульсным электрическим током плотностью 5-1000 А/мм2, частотой 100-1000 Гц и длительностью 10-1000 мкс. Получают полуфабрикаты тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы и с однородной ультрамелкозернистой структурой с размером зерен 50<d<500 нм, обладающие высокой деформационной способностью е>1 и высокой трещиностойкостью. Способ позволяет управлять параметрами структуры и обеспечивать комплекс высоких технологических и функциональных свойств. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к электропластической формообразующей обработке титан-никелевых сплавов с целью значительного повышения их деформационной способности и свойств эффекта памяти формы, и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Особенно привлекательно его использование в получении длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения методами обработки металлов давлением в медицине при изготовлении хирургических устройств в травматологии, ортопедии, стоматологии, минимально-инвазивной хирургии, а также в других хирургических устройствах в виде имплантатов и инструментов.

Известны способы термомеханической обработки сплавов титан-никель с эффектом памяти формы для улучшения их механических и функциональных свойств. Например, способ выявления эффектов запоминания формы в сплавах на основе титана мартенситного и переходного классов (патент РФ №2115760, МПК C22F 1/18, 20.07.1998 г.), который включает термическую закалку, пластическую деформацию и нагрев.

Известен также способ изготовления сверхупругого сплава никель-титан с эффектом памяти формы (JP 6065741, МПК C22F 1/10, опубл. 24.08.94 г, ИСМ, вып. 48, №10/97), 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.

Известен также способ получения сплавов TiNi методом теплого равноканального углового прессования при температурах 400-450°С, который позволяет создать ультрамелкозернистую структуру с размером зерен 250-500 нм в прутках диаметром от 8 мм и выше (Патент РФ, №2266973, опубл. в Бюллетене №36, 27.12.2005).

Недостатками известных способов является использование малых и средних степеней деформации, необходимость проведения промежуточных отжигов и, как следствие, невозможность формообразования изделий тонкого сечения из-за низкой деформационной способности упрочненных или ультрамелкозернистых сплавов.

Известно, что технологическая пластичность при обработке металлов давлением может быть значительно улучшена при использовании электропластического эффекта - введении в зону деформации электрического тока. Например, в монокристаллах чистых металлов (Zn, Ni, Ti) и крупнозернистых сплавах конструкционного назначения (сталь, сплавы на основе W) пластическая деформация в сочетании с током позволяет повысить технологическую пластичность на 50-100% (Троицкий О.А., Баранов Ю.В., Авраамов Ю.С., Шляпин А.Д., Физические основы и технологии обработки современных материалов, в 2-х томах, т. 1. - М. Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004). Известен способ обработки металлов давлением, в котором деформация осуществляется совместно с электрическим током (02.09.2005, заявка №2005127525/02, 030890). Данный способ ограничен материалами без фазового превращения, в которых тепловое действие тока не имеет существенного влияния на структурную стабильность деформируемого материала. Однако в сплавах с эффектом памяти формы влияние возможного нагрева при пропускании тока на функциональные и механические свойства может быть значительным вследствие обратимого термоупругого фазового превращения А↔М. Оно может вызывать упрочнение или разупрочнение в зависимости от структурно-фазового состояния сплава и степени деформации [А.А. Misochenko, А.А. Fedotkin, V.V. Stolyarov, Influence of grain size and electric current regimes on deformation behavior under tension of shape memory alloy Ti49.3Ni50.7, Materials Today Proceedings, 4 (2017) 4753-4757].

В качестве прототипа выбран способ получения сплавов TiNi методом (Патент РФ №2367713, публ. 20.09.2009), включающий термическую обработку закалкой и пластическую деформацию, которую осуществляют при температуре ниже температуры мартенситного превращения и совмещают с воздействием импульсного электрического тока плотностью 10-1000 А/мм2, частотой 100-10000 Гц, длительностью импульса 10-1000 мкс, при этом обеспечивают суммарную истинную деформацию е≥1, а на последнем проходе разовую 5% деформацию, которую сопровождают импульсным нагревом.

Недостатками способа являются использование сплавов только в мартенситном состоянии, при котором проявляется склонность сплавов к сильному растрескиванию при е≥0.1 за счет циклического превращения аустенит-мартенсит-аустенит А↔М и связанного с этим малоциклового усталостного повреждения.

Ожидаемый технический результат в предложенном способе изобретения - снижение напряжений течения и повышение деформационной способности тонких и супертонких полуфабрикатов в виде листа, проволоки, полосы (толщиной менее 1.0 мм) из сплавов TiNi с эффектом памяти формы с одновременным улучшением трещиностойкости за счет регулирования соотношения двух разнонаправленных эффектов - эффекта памяти формы и электропластического эффекта.

В предлагаемом способе достижение указанного результата осуществляется путем деформационной обработки длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы, включающий многопроходную прокатку с одновременным воздействием импульсным электрическим током, при этом выполняют многопроходную прокатку предварительно закаленного полуфабриката в аустенитном состоянии при температуре деформации Тдд, для сплавов Ti50-xNi50+x при х>0,3 и в мартенситном состоянии при температуре Мкдн для сплавов Ti50-xNi50+x при х=0-0,3 и до достижения суммарной истинной степени деформации e>0,3,

где Тд - температура деформации;

Мн и Мк - температуры начала и конца прямого превращения;

Мд - температура существования стабильного аустенита,

при этом производят одновременное воздействие однополярным импульсным электрическим током плотностью 5-1000 А/мм2, частотой 100-1000 Гц и длительностью 10-1000 мкс. В процессе обработки направление пластической деформации изменяют на противоположное на каждом проходе,

Предложенный способ обеспечивает получение полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы при многоходовой прокатке с повышенной деформационной способностью е>1 без разрушения и промежуточных отжигов, получение однородной ультрамелкозернистой структуры с размером зерен 50<d<500 нм за счет электростимулирования пластической деформации. Способ позволяет управлять параметрами структуры и обеспечивать комплекс высоких технологических и функциональных свойств в широком диапазоне.

Таким образом, предложенная совокупность признаков способа позволяет получить новый эффект, приводящий к повышенной деформируемости сплава без разрушения изделий тонкого сечения со значительным улучшением технологических и функциональных свойств обрабатываемого материала, а также повышения производительности и снижения энергозатрат.

Способ осуществляют следующим образом. Исходную заготовку, в частности, полосу из сплава Ti50-xNi50+x, в состоянии после термической закалки подвергают многоходовой электропластической деформации. Например, помещают ее в клеть прокатного стана с генератором импульсного тока и осуществляют многократную прокатку с током с целью формоизменения при температуре не выше температуры прямого мартенситного превращения Мн для сплава Ti50Ni50, и при температуре выше Мд для сплава Ti49.3Ni50.7 для получения сечения толщиной менее 1 мм и формирования однородной наноструктуры. Количество проходов (накопленная истинная степень деформации) определяется исходной и конечной толщиной заготовки, а также требуемыми параметрами структуры для достижения тех или иных свойств.

Для повышения технологической пластичности и формирования определенного типа микроструктуры с целью достижения повышения технологической пластичности заготовки используется импульсной электрический ток плотностью 5-1000 А/мм2, частотой 100-1000 Гц, длительностью не менее 10 мкс.

Электропластический эффект импульсного тока снижается и может исчезать при температурах выше Мн, плотности тока ниже 10 А/мм2, длительности импульса менее 10 мкс и более 1000 мкс.

Все состояния сплавов, полученные методом электропластической прокатки, характеризуются более высокими служебными свойствами по сравнению со свойствами прототипа. Исходя из конкретных требований к материалу, варьируя режимы пластической деформации и импульсного тока, можно получить состояния, имеющие различное сочетание свойств - деформируемости, прочности, обратимой деформации, температуры проявления эффекта памяти формы.

Пример конкретного выполнения.

Исходным материалом является полоса сечением 2×6 мм и длиной 200 мм сплава Ti49.8Ni50.7, полученная методом горячей или теплой прокатки листа и последующей его разрезкой на полосы. Предварительно отожженную для снятия внутренних напряжений полосу подвергают многоходовой прокатке с током при температуре около 150°С, скорости 6 мм/с со сменой направления в двухвалковом стане с единичным обжатием по сечению 10% до конечной толщины 0.2 мм, в результате чего достигается накопленная истинная степень деформации е=1.5. Параметры импульсного тока, вводимого в зону деформации, регулируются генератором и составляют: плотность тока 100 А/мм2, частота и длительность импульсов 1000 Гц и 80 мкс, соответственно.

Структурные состояния, режимы обработки, результаты механических испытаний, определения технологических и функциональных свойств полученной заготовки приведены в таблице 1. Для сравнения приведены данные заготовки, обработанной по способу-прототипу (режим позиции 2).

А - аустенит

εrmax - максимальная полностью обратимая деформация

σrmax - максимальное реактивное напряжение

Как показывают полученные результаты, прокатка с током (режимы 2 и 3) позволяет в несколько раз повысить степень максимальной деформации е, уменьшить размер зерен на три порядка и повысить прочность (σВ), реактивное напряжение σrmax, максимальную обратимую деформацию εrmax по сравнению с прототипом (режим 2). Однако только прокатка по режиму 3 (данный способ) позволяет избежать появления трещин.

Таким образом, предложенный способ обработки сплавов позволяет получать полуфабрикат тонкого сечения без промежуточных отжигов, с повышенными механическими, технологическими и функциональными свойствами обрабатываемого материала, и использовать его в ответственных технических конструкциях и устройствах, в том числе в медицине.

1. Способ деформационной обработки длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы, включающий многопроходную прокатку с одновременным воздействием импульсным электрическим током, отличающийся тем, что осуществляют многопроходную прокатку предварительно закаленного полуфабриката в аустенитном состоянии при температуре деформации Тдд для сплавов Ti50-xNi50+x при х>0,3 и в мартенситном состоянии при температуре Мкдн для сплавов Ti50-xNi50+x при х=0-0,3 и до достижения суммарной истинной степени деформации e>0,3,

где Тд - температура деформации;

Мн и Мк - температуры начала и конца прямого превращения;

Мд - температура существования стабильного аустенита,

при этом производят одновременное воздействие импульсным электрическим током плотностью 5-1000 А/мм2, частотой 100-1000 Гц и длительностью 10-1000 мкс.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направление пластической деформации изменяют на противоположное на каждом проходе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют однополярный импульсный или постоянный ток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам обработки алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ модифицирования силумина включает облучение интенсивным импульсным электронным пучком силумина марки АК12 с энергией электронов 18 кэВ, частотой следования импульсов ƒ=0,3 Гц, длительностью импульса пучка электронов τ=50-150 мкс, плотностью энергии пучка электронов ES=10-25 Дж/см2 и количеством импульсов воздействия n=1-5, при этом облучение проводят на лицевой поверхности образца, расположенной над надрезом, имитирующим трещину, в среде аргона при остаточном давлении 0,02 Па.

Изобретение относится к области пластической обработки металлов, таких как алюминий и его сплавы, и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для глубокого формования металлических материалов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам создания острой кубической текстуры в железоникелевых сплавах, и может быть использовано для создания магнитопроводов в электротехнических устройствах, а также в качестве лент-подложек при получении многослойных ленточных сверхпроводников второго поколения.

Изобретение относится к деформационнотермической обработке сплава TiNiTa с эффектом памяти формы и может быть использовано в медицине при изготовлении стентов. Способ получения наноструктурной проволоки из сплава титан-никель-тантал с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку заготовки, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг.
Изобретение относится к способу получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава, включающему постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава под воздействием источника тепла с использованием водорода в качестве порообразующего газа и постепенное отверждение металла.

Изобретение относится к способу изготовления алюминиевой фольги, а также алюминиевой фольге, снабженной интегрированными защитными элементами, и может быть использовано для упаковки медицинской продукции для защиты ее от подделки.

Изобретение относится к получению метаматериалов из структурных элементов на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и может быть использовано в машиностроении и электронике в качестве материалов с улучшенными свойствами.

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 предназначено для получения сплава для аккумуляторов водорода и может быть использовано при производстве энергетических машин и в автомобилестроении.

Изобретение относится к способу обработки поверхности сплава никелида титана. Поверхность сплава никелида титана сканируют лучом лазера с плотностью мощности луча 1,5-0,5⋅107 Вт/мм2, средней мощностью лазерного облучения 0,48-56,2 Вт, с частотой импульсов 10-200 кГц и скоростью сканирования луча лазера 100-2000 мм/с.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к титановым композиционным материалам. Титановый композиционный материал содержит внутренний слой, содержащий технически чистый титан или титановый сплав, наружный слой, сформированный на по меньшей мере одной прокатываемой поверхности внутреннего слоя и имеющий химический состав, который отличается от химического состава внутреннего слоя, и промежуточный слой, сформированный между внутренним слоем и наружным слоем и имеющий химический состав, который отличается от химического состава внутреннего слоя.

Изобретение относится к способам обработки двухфазных титановых сплавов с альфа-бета-структурой. Способ термомеханической обработки заготовки из двухфазного альфа-бета-титанового сплава, включающий этапы, на которых проводят обработку заготовки при первой температуре обработки в диапазоне температур от температуры на 300°F (168°C) ниже температуры бета-перехода сплава до температуры на 30°F (16,8°C) ниже температуры бета-перехода сплава, охлаждение заготовки от первой температуры обработки до второй температуры обработки со скоростью охлаждения не более 5°F (2,8°C) в минуту с обеспечением глобулярной микроструктуры частиц альфа-фазы, обработку заготовки при второй температуре обработки в диапазоне температур от температуры на 600°F (336°C) ниже температуры бета-перехода сплава до температуры на 350°F (196°C) ниже температуры бета-перехода сплава, причем вторая температура обработки ниже, чем первая температура обработки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу изготовления плоских изделий из сплава на основе титана, и может быть использовано при производстве комплектующих изделий, предназначенных для работы в высокотемпературной зоне тракта газотурбинных двигателей и других изделий, предназначенных для работы при температурах до 1000°С.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу изготовления плоских изделий из сплава на основе титана, и может быть использовано при производстве комплектующих изделий, предназначенных для работы в высокотемпературной зоне тракта газотурбинных двигателей и других изделий, предназначенных для работы при температурах до 1000°С.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам выплавки слитков сплава на основе титана, легированного танталом, гафнием и хромом, с целью получения из него высокопрочных, жаропрочных и жаростойких изделий, в основном используемых в аэрокосмической технике.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам выплавки слитков сплава на основе титана, легированного танталом, гафнием и хромом, с целью получения из него высокопрочных, жаропрочных и жаростойких изделий, в основном используемых в аэрокосмической технике.
Изобретение относится к изготовлению детали из порошка титанового сплава. Способ включает изготовление спеченной преформы, имеющей плотность 80-95% от теоретически максимальной плотности, отделение от спеченной преформы части, имеющей объем, превышающий объем детали, и форму, отличающуюся от близкой к заданной форме детали, термоциклирование упомянутой части спеченной преформы при ее сверхпластической деформации, обеспечение фазового превращения сплава между двумя твердыми фазами α и β с получением детали, имеющей форму, близкую к заданной форме, и плотность, составляющую 99-100% от теоретически максимальной плотности, и обработку детали с получением окончательно заданной формы детали.
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов, и предназначено для изготовления плоского проката, применяемого в авиационной промышленности, а также машиностроении.
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к термомеханической обработке двухфазных титановых сплавов, и предназначено для изготовления плоского проката, применяемого в авиационной промышленности, а также машиностроении.

Изобретение относится к электропластической формообразующей обработке титан-никелевых сплавов для повышения их деформационной способности и эффекта памяти формы и может быть использовано в металлургии и машиностроении. Способ деформационной обработки длинномерных полуфабрикатов тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы включает многопроходную прокатку предварительно закаленного полуфабриката в аустенитном состоянии при температуре деформации Тд>Мд для сплавов Ti50-xNi50+x при х>0,3 и в мартенситном состоянии при температуре Мк<Тд<Мн для сплавов Ti50-xNi50+x при х0-0,3 и до достижения суммарной истинной степени деформации e>0,3, где Тд - температура деформации, Мн и Мк - температуры начала и конца прямого превращения, Мд - температура существования стабильного аустенита. При этом производят одновременное воздействие импульсным электрическим током плотностью 5-1000 Амм2, частотой 100-1000 Гц и длительностью 10-1000 мкс. Получают полуфабрикаты тонкого сечения из сплавов Ti50-xNi50+x с эффектом памяти формы и с однородной ультрамелкозернистой структурой с размером зерен 50<d<500 нм, обладающие высокой деформационной способностью е>1 и высокой трещиностойкостью. Способ позволяет управлять параметрами структуры и обеспечивать комплекс высоких технологических и функциональных свойств. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Наверх