Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с эффектом памяти формы

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки сплавов титан-никель с эффектом памяти формы и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике. Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку прутков сплавов титан-никель, сочетающую интенсивную пластическую деформацию, пластическую деформацию и отжиг. Интенсивную пластическую деформацию проводят путем непрерывного равноканального углового прессования с накопленной степенью деформации более 6 в интервалах температур 200-299°C и 551-600°C. Пластическую деформацию осуществляют прокаткой со степенью деформации не менее 30% при температурах 501-600°C, а отжиг осуществляют при температурах 250-349°C. В результате обеспечивается получение длинномерных прутков сплавов титан-никель с эффектом памяти формы с одновременно повышенными механическими свойствами и функциональными характеристиками за счет создания ультрамелкозернистой структуры. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы (далее: 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 изделий в виде имплантатов и инструментов.

Известен способ изготовления сверхупругого сплава никель-титан [1], 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 также способ получения ультрамелкозернистых (далее: УМЗ) сплавов титан-никель с ЭПФ [2] наиболее близкий аналог к заявленному изобретению. Он включает термомеханическую обработку, сочетающую деформацию и дорекристаллизационный отжиг, отличающийся тем, что перед термомеханической обработкой осуществляют предварительную закалку сплава, деформацию осуществляют в два этапа, причем на первом этапе проводят интенсивную пластическую деформацию путем равноканального углового прессования (далее: РКУП) 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 напряжение, требуемого для современных изделий, а также получения длинны прутков, необходимой для изготовления некоторых изделий и устройств из сплавов титан-никель с ЭПФ (например, актуаторов или проволочных направителей).

Известен также способ непрерывного РКУП (принятое в технике название схемы: «РКУП-Конформ»), который включает подачу цельной металлической заготовки в виде прутка в один конец пропускного канала, образованного между окружной канавкой вращающегося диска и неподвижной ограничивающей основой, окружающей вращающийся диск, продвижение заготовки за счет сил трения и вращения диска в направлении к выпускному отверстию, выполненному в ограничивающей основе с возможностью осуществления РКУП. Однако недостатком данного способа является его применения для обработки алюминиевых прутков, которые имеют относительно низкие напряжения течения при деформации и высокую пластичность, что делает их легкодеформируемыми материалами при деформационно-термической обработке, по сравнению со сплавами титан-никель с ЭПФ.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в более существенном измельчении микроструктуры и, за счет этого, в повышении механических свойств и функциональных характеристик сплавов титан-никель с ЭПФ в длинномерных прутках.

Технический результат, достигаемый новым способом обработки, заключается в получении одновременно высоких по сравнению с прототипом, предела текучести и реактивного напряжения сплавов титан-никель с ЭПФ в виде длинномерных прутков, пригодных для изготовления изделий и медицинского инструмента повышенной длины.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения УМЗ сплава титан-никель с эффектом памяти формы, включающем термомеханическую обработку прутков сплавов титан-никель, сочетающую интенсивную пластическую деформацию, пластическую деформацию и отжиг, в соответствии с заявленным изобретением, интенсивную пластическую деформацию проводят путем непрерывного РКУП с накопленной степенью деформации более 6, рассчитанную по формуле εN=N(2ctg(ϕ/2)/√3), где N - число проходов, ϕ - угол пересечения каналов оснастки, в интервалах температур 200-299°C и 551-600°C, пластическую деформацию осуществляют прокаткой со степенью деформации не менее 30% при температурах 501-600°C, а отжиг осуществляют при температурах 250-349°C.

Сущность заявленного способа состоит в применении комбинированной деформационно-термической обработки сплавов титан-никель с ЭПФ, включающей

непрерывное РКУП-Конформ на первом этапе, деформацию прокаткой на втором и изотермический отжиг на третьем этапе. Указанная последовательность операций обеспечивает сильное измельчение микроструктуры и за счет этого формирование высоких механических свойств и функциональных характеристик. Интенсивной пластической деформаций непрерывным РКУП-Конформ сплавов титан-никель с ЭПФ формируем однородную УМЗ структуру с размером зерна 200-250 нм, последующей прокаткой дополнительно измельчаем структуру и накапливаем повышенную плотность дислокаций, а отжигом на последнем этапе снимаем избыточные микронапряжения и/или создаем УМЗ состояние с размером зерна/субзерна около 100 нм. Применением непрерывного РКУП-Конформ на первом этапе получаем длинномерный пруток, т.к. за счет особенностей схемы и оборудования длинна получаемых заготовок может быть до нескольких метров, в отличии от обычного РКУП, при котором длинна заготовок ограничена 200 миллиметров.

Способ осуществляют следующим образом. Перед термомеханической обработкой осуществляют предварительную закалку сплава титан-никель. На первом этапе исходную заготовку из сплава титан-никель в крупнозернистом состоянии подвергают интенсивной пластической деформации путем непрерывного РКУП-Конформ. Пруток помещают в устройство для непрерывного РКУП-Конформ и осуществляют многократное продавливание с целью накопления высокой степени деформации (εN) более 6 при определенной температуре в интервалах 200-299°C и 551-600°C. Количество проходов (накопленная степень деформации) определяется требуемыми параметрами структуры для достижения тех или иных свойств. На следующем этапе подвергают пластической деформации прокаткой при температурах 501-600°C. Деформация заготовки по сечению составляет не менее 30%. На последнем этапе заготовку подвергают окончательному отжигу в интервале температур 250-349°C.

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 10 мм и длиной 1000 мм сплава Ti49,2Ni50,8. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°C в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем пруток подвергали непрерывному РКУП-Конформ при температуре 200°C до достижения накопленной степени деформации более 6. На следующем этапе пруток подвергали прокатке на стане с ручьевыми валками,

заготовку подвергали отжигу при температуре 250°С для снятия избыточных микронапряжений. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. В результате реализации способа получен пруток УМЗ сплава Ti49,2Ni50,8 диаметром 8,1 мм и длинной 1500 мм. Данные о микроструктуре, механических свойствах и функциональных характеристиках приведены в Таблице.

Пример №2.

Исходным материалом является пруток диаметром 10 мм и длиной 500 мм сплава Ti49,7Ni50,3. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем пруток подвергали непрерывному РКУП-Конформ при температуре 450°С до достижения накопленной степени деформации более 8. На следующем этапе пруток подвергали прокатке на стане с ручьевыми валками при комнатной температуре до достижения степени деформации 30%. На последнем этапе заготовку подвергали кратковременному отжигу при температуре 550°С для снятия избыточные микронапряжений и создания УМЗ структуры. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. В результате реализации способа получен пруток УМЗ сплава Ti49,7Ni50,3 диаметром 8,3 мм и длинной 730 мм. Данные о микроструктуре, механических свойствах и функциональных характеристиках приведены в Таблице.

Пример №3.

Исходным материалом является пруток диаметром 10 мм и длиной 500 мм сплава Ti49,8Ni50,2. Пруток первоначально подвергали гомогенизации при температуре 800°С в течение 1 часа и последующей закалке в воде. Затем пруток подвергали непрерывному РКУП-Конформ при температуре 600°С до достижения накопленной степени деформации более 10. На следующем этапе пруток подвергали прокатке на стане с ручьевыми валками при температуре 600°С до достижения степени деформации 50%. На последнем этапе заготовку подвергали отжигу при температуре 250°С для снятия избыточных микронапряжений. После проведения обработок проводили контроль микроструктуры, механических и функциональных свойств. В результате реализации способа получен пруток УМЗ сплава Ti49,8Ni50,2 диаметром 7,1 мм и длинной 1000 мм. Данные о микроструктуре, механических свойствах и функциональных характеристиках приведены в Таблице.

Механические свойства, функциональные характеристики и длинна прутков сплава титан-никель с ЭПФ, получаемых в результате реализации способа

В Таблице представлены, способы обработки, средний размер зерна, механические свойства, функциональные характеристики и длинна полученных прутков сплава титан-никель, где σв - предел прочности, σ0,2 - предел текучести, δ - относительное удлинение, εrmax - максимальная обратимая деформация, σrmax - максимальное реактивное напряжение. Для сравнения приведены данные из прототипа.

Как показывают примеры и результаты, приведенные в Таблице, заявленная обработка позволяет формировать УМЗ состояние в длинномерных прутках сплавов титан-никель и одновременному повышению их прочности и реактивного напряжения по сравнению с прототипом.

Технико-экономический эффект заявленного способа состоит в том, что предложенный способ позволяет получать длинномерные прутки УМЗ сплавов титан-никель с ЭПФ с существенно повышенными одновременно механическими свойствами и функциональными характеристиками, которые можно использовать для изготовления медицинских изделий значительной длинны, например, актуаторов или проволочных направителей. Применение данного способа в деформационно-термической обработке сплавов титан-никель с ЭПФ будет способствовать импортозамещению, т.к. позволит получать в России материал для изготовления высокотехнологичных медицинских изделий, которые в настоящее время закупаются за рубежом.

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

2. Патент РФ №2266973 Опубл. 27.12.2005. Бюл. 36. (прототип).

3. US №7152448, МПК В21С 3/00, опубл. 26.12.2006 г.

Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистого сплава титан-никель с эффектом памяти формы, включающий термомеханическую обработку прутков сплавов титан-никель, сочетающую интенсивную пластическую деформацию, пластическую деформацию и отжиг, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию проводят путем непрерывного равноканального углового прессования с накопленной степенью деформации более 6 в интервалах температур 200-299°C и 551-600°C, пластическую деформацию осуществляют прокаткой со степенью деформации не менее 30% при температуре 501-600°C, а отжиг осуществляют при температуре 250-349°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к упрочнению поверхности изделия из твердого сплава. Способ включает гидрохимическую обработку изделия в вододисперсной среде при температуре не выше ее кипения с образованием на поверхности упрочняющей фазы и окончательный нагрев изделия при температуре 130-1050°С.

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.

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 способам обработки титановых сплавов давлением и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов давлением и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к способам обработки титановых сплавов и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к системам и способам экструзионного прессования материалов. В вариантах способа одна или более полых заготовок загружаются на удлиненный стержень оправки и транспортируются вдоль стержня оправки во вращающуюся матрицу.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки титановых сплавов давлением, и может быть использовано при изготовлении проволоки из (α+β)-титанового сплава для аддитивной технологии.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесшовных труб из цилиндрических заготовок из труднодеформируемых металлов и сплавов, преимущественно титановых, на горизонтальных трубопрофильных прессах без прошивной системы.

Изобретение относится к способам прямого или обратного прессования заготовок для получения экструдированных металлических труб и дорнам для прессования. Способ включает использование дорна, имеющего между упомянутыми двумя поверхностями прессования (63, 64) переходный участок (66), на котором выполняют опорную поверхность (62), причем при перемещении дорна (6) относительно прессовой матрицы (2) из его первого положения прессования в его второе положение прессования для упомянутой заготовки обеспечивают опору по оси прессовой матрицы (2) посредством упомянутой опорной поверхности (62).

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных прутковых изделий гидромеханическим прессованием. Способ включает выдавливание осесимметричной прутковой заготовки, помещенной в контейнер, через коническую матрицу воздействием на задний конец заготовки пуансоном усилием Р.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Инструмент для прошивки заготовки под прессование трубы содержит контейнер, матрицу с подпорной иглой, пресс-штемпель с концентрично размещенной в нем с зазором подвижной в осевом направлении прошивной иглой со съемным наконечником.

Изобретение относится к способам изготовления электроконтактного провода из термоупрочняемого сплава на основе меди. Способ включает подачу сплава в кристаллизатор, кристаллизацию сплава в виде непрерывнолитой заготовки, деформацию упомянутой заготовки на катанку, закалку, старение при 400-500°С, формирование электроконтактного провода. Закалку проводят непосредственно после кристаллизации с температуры 900-1000°С, деформацию на катанку осуществляют радиальным обжатием с суммарной накопленной степенью деформации не менее е=1,5, а формирование электроконтактного провода с фасонным профилем проводят при последовательном совмещении в одной операции равноканального углового прессования по схеме «Конформ» и выдавливания при температуре не выше 500°С, причем старение проводят в качестве финишной операции. Технический результат заключается в повышении физико-механические свойства провода при снижении затрат на его изготовление. 1 пр., 1 табл.

Изобретение относится к области деформационно-термической обработки сплавов титан-никель с эффектом памяти формы и может быть использовано в машиностроении, медицине и технике. Способ получения длинномерных прутков ультрамелкозернистых сплавов титан-никель с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку прутков сплавов титан-никель, сочетающую интенсивную пластическую деформацию, пластическую деформацию и отжиг. Интенсивную пластическую деформацию проводят путем непрерывного равноканального углового прессования с накопленной степенью деформации более 6 в интервалах температур 200-299°C и 551-600°C. Пластическую деформацию осуществляют прокаткой со степенью деформации не менее 30 при температурах 501-600°C, а отжиг осуществляют при температурах 250-349°C. В результате обеспечивается получение длинномерных прутков сплавов титан-никель с эффектом памяти формы с одновременно повышенными механическими свойствами и функциональными характеристиками за счет создания ультрамелкозернистой структуры. 1 табл., 3 пр.

Наверх