热处理对Ni47Ti44Nb9合金相变及力学性能的影响*

高三存，韩坤年，赖永亮

(甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030)

热处理对Ni47Ti44Nb9合金相变及力学性能的影响*

高三存，韩坤年，赖永亮

(甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州 730030)

研究了不同热处理制度下，Ni47Ti44Nb9合金相变及力学性能的变化规律。结果表明:降低固溶温度，固溶处理后慢速冷却或固溶处理后再时效，会降低合金相变点，增加相变滞后宽度;升高固溶温度，以及固溶加时效处理，会使得合金的强度降低塑性增加。

形状记忆合金;Ni47Ti44Nb9;相变;力学性能

1 引言

镍钛形状记忆合金由于其优良的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、生物相容性以及优异的形状记忆性能，在航空航天、机械、医疗器械等不同领域得到广泛的应用［1］。在记忆合金管接头、连接件及紧固件应用领域，由于普通的镍钛合金其相变滞后宽度小，在产品的储存运输方面受到相变滞后宽度小的制约，只能在低温下扩径并且在低温下储存及运输。NiT-iNb系形状记忆合金的研究及开发应用，解决了形状记忆合金管接头的工程运用问题，用其制成的紧固件、连接件可在常温下储存、运输，不需保存在液氮中［2］。作为管路连接件的形状记忆合金必须具有低的Ms点和高的强度，以及采用适当的热处理来对材料进行定型处理。因此，研究不同热处理工艺对合金相变及力学性能的影响对实际工程应用具有十分重要的意义。笔者主要研究了不同热处理工艺对Ni47Ti44Nb9合金相变及力学性能的影响。

2 实验方法

本实验采用真空感应炉熔炼获得 Ni47Ti44Nb9(at%)合金锭，合金锭经850℃/1 h退火后经锻造、热旋锻、热拉成Φ 2.6 mm的丝材，取150 mm长，清洗表面后，进行不同的热处理。热处理制度为800℃、900℃、1 000℃，保温1 h，水淬;经过900℃/1 h的固溶试样在500℃，保温1.5 h后，分别水冷和空冷;经过900℃/1h的固溶试样在400℃，保温1.5 h后空冷。采用德国NETZSCH公司生产的型号DSC－204示差扫描量热仪测量相变温度，测试温度区间为－150～120℃，升降温速率为10℃/min。在DSC曲线上用切线法确定马氏体相变的开始和终了温度(Ms和Mf)，以及马氏体逆相变的开始和终了温度(As和Af)。用万能材料试验机对不同热处理的合金试样进行力学性能测量。

3 实验结果及分析

表1为Ni47Ti44Nb9合金在不同热处理工艺下测得的相变温度点、相变热滞、相变滞后宽度及相变潜热。热处理工艺对相变参数的影响规律如图1所示。

由表1及图1可以看出:合金的相变点随着固溶温度的升高而升高，相变滞后宽度随着固溶温度的升高变化不是很明显;经固溶时效后，合金的相变点较只经过固溶处理的合金相变点低，时效温度越低相变点越低;固溶时效后，随着冷却速度的减缓，相变点越低;不同处理的合金，奥氏体相变热滞比马氏体热滞大，由于奥氏体相变热滞大于马氏体相变热滞，所以合金在升降温过程中，吸收的热量比放出的热量大;经900℃/1 h+400℃/1.5 h空冷处理后的合金Ms点为－90.52℃，相变滞后宽度为60.45℃。

热处理制度将会影响到合金的显微组织，电子探针微区成分分析发现:基体母相中成分随热处理工艺的不同有一定的变化，基体相中Ni含量越高Ms点越低，造成Ms温度不同的原因在于基体相中Ni含量的改变(或原子Ni/Ti比的改变)，而基体相成分的改变与其内部Nb相粒子的析出有关。研究表明［3］，Ni47Ti44Nb9合金中，共晶组织的Ni/Ti比例比合金基体的Ni/Ti比例低，基体相中Nb相粒子的析出，导致共晶组织的增加，从而使得基体Ni/Ti比例升高。随着固溶温度升高，基体相中Nb含量升高，则共晶组织减少，导致基体相中Ni/Ti比例降低，合金相变点升高。固溶处理后慢速冷却或固溶处理后再时效，使富Nb相从基体相中充分析出，基体相中Nb含量的减少，使基体Ni/Ti比例升高，导致合金Ms点降低。合金中随着Ni/Ti比例升高，Ms点与As点同时降低，但是，Ms点的变化较As点显著，从而使得合金的相变滞后宽度增加。

不同热处理工艺下Ni47Ti44Nb9合金的室温力学性能如表2所示。

图1 不同热处理工艺对相变参数的影响规律

表1 不同热处理工艺下的相变温度点、相变热滞、相变滞后宽度及相变潜热

表2 不同热处理工艺下合金的室温力学性能

从表2可以看出，随着固溶温度的升高，合金的强度降低，延伸率升高，由于固溶温度的升高，合金中Nb相增加，由于Nb相是一种软相，故使得合金的强度降低，延伸率增加。固溶处理后慢速冷却或固溶处理后再时效，都有利于Nb相的析出，因此，固溶加时效处理，使得合金强度降低塑性增加。

4 结论

(1)固溶温度越低，固溶处理后慢速冷却或固溶处理后再时效，导致合金基体Ni/Ti比例升高，从而使合金相变点降低，相变滞后宽度增加。

(2)升高固溶温度，以及固溶加时效处理，都会使得合金的强度降低塑性增加。

［1］ 李艳锋，米绪军，高宝东，等.热处理对Ti2Ni合金显微组织和力学性能的影响［J］.金属热处理，2009，34(8):40－43.

［2］ 王 磊，闫德胜，姜志民，等.Ni－Ti－Nb宽滞后形状记忆合金管接头研究和进展［J］.材料工程，2004(7):60－63.

［3］ 栗华矗，高宝东，王江波，等.热处理对Ni47Ti44Nb9记忆合金相变温度的影响［J］.稀有金属，2004，28(8):794－796.

［4］ 颜 莹，金 伟，邱绍宇.热处理对Ti44Ni47Nb9合金的组织和Ms点的影响［J］.材料研究学报，2004，18(2):200－204.

Influence of Heat Treatment on Phase Transformation and Mechanical Properties of Ni47Ti44Nb9Alloy

GAO San－cun，HAN Kun－nian，LAI Yong－liang
(Gansu Academy of Mechanical Sciences，Lanzhou Gansu 730030，China)

The change rule of heat treatment on phase transformation and mechanical properties of Ni47Ti44Nb9alloy in different heat treatment condition is researched.The results show that reducing the solution temperature，slow cooling after solution treatment or aging after solution treatment will reduce the phase transformation point，and increase the transformation hysteresis;hoisting solution temperature and solid solution plus aging treatment will reduce the strength of the alloy，and increase the plastic.

shape memory alloys;Ni47Ti44Nb9;phase transition;mechanical properties

TG15

A

1007－4414(2013)05－0071－02

2013－07－23

高三存(1973－)，男，甘肃白银人，工程师，研究方向:形状记忆合金。