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1、第5卷第1期材料科学与工艺Vol.5No.11997年3月MATERIALSCIENCE&TECHNOLOGYMar.1997热处理对镍钛合金丝材弯曲疲劳性能的影响杨恒刘礼华曹文涛王兰英(江苏钢绳集团公司江阴金属制品研究所)摘要研究了热处理工艺对50.6at%Ni-Ti合金丝材弯曲疲劳性能的影响。结果表明:该丝材经过固溶和时效后具有不同的弯曲疲劳寿命,其中固溶处理温度为1023k并且时效温度673k时,具有最高寿命;抗拉强度随热处理工艺的改变呈同样变化趋势;形变和时效有助于弯曲疲劳性能的提高;丝材表面的氧化皮则明显降低其弯曲疲劳性能;对其原因进
2、行了初步分析。关键词镍钛合金;丝材;热处理;弯曲疲劳分类号镍钛合金是一种具有优异的形状记忆效应、以不同的压缩率冷拉至直径为1.2mm。超弹性和生物相容性的功能材料。自本世纪六十1.2拉伸和扭转试验年代被人们认识以来已广泛地用于诸多领在室温下,分别在XL-250型拉力试验机和[1-9]域。在此过程中,各国材料科学家对其进行了GX-3A型线材扭转试验机上对丝材进行拉伸和[4-8]广泛深入的研究。但对该合金的弯曲疲劳性扭转试验,以测定其抗拉强度和扭转次数。能的研究报道较少。本文就不同的热处理工艺对1.3弯曲疲劳试验镍钛合金丝材弯曲疲劳性能的影响进行了
3、初步探在室温下,于热处理后的第二天,在GW-5讨。型机动式弯折试验机上以每分钟32次的速率进行弯曲疲劳试验,直至试样断裂,以测定其弯曲疲1试验方法劳寿命。1.1试样的制备图1为弯曲试验示意图。试验过程中测定丝合金由纯度为99.9%的电解镍和纯度为材的弯曲半径R,用下式计算其应变率。99.87%的海绵钛经一次真空感应熔炼而成。铸εdmax=×100%2R锭先经1173k锻,轧成H8.5mm的线材,再于其中:d为丝材的直径。873k左右热拉至H1.2mm的丝材。试样的配比成分为50.6at%Ni-Ti。试样分别在973k、1023k、1073k、1
4、123k和1173k保温5分钟进行固溶处理,其中一部分试样再在673k保温60分钟进行时效处理。酸洗液配比为1份HF+8份HNO3+16份H2O。另取同样成分,不同直径的丝材,经1023k×30mm固溶水淬,813k×120min炉冷时效,然后图1弯曲试验示意图1.固定套管2.试样3.钳口收稿日期:1996-09-04Fig.1Schematicofbendingexperiment联系人:杨恒,江苏江荫市通江北路203号江荫金属制品研究所·96·材料科学与工艺第5卷试样经不同热处理后,在带有氧化皮的状态2结果下的弯曲疲劳寿命如图4所示。如图4
5、所示,随固溶加热温度的升高,弯曲疲2.1氧化皮对弯曲疲劳寿命的影响劳寿命降低。其他条件均相同时,对表面氧化和无氧化的试样分别进行了弯曲疲劳性能的测定,其结果同2.4时效的影响图列于图2中将图4中曲线a和b进行比较可见,时效处理将有效地提高弯曲疲劳寿命。时效温度为1023k时最为明显。图2不同表面状态试样的弯曲疲劳寿命曲线a—表面氧化试样曲线b—表面无氧化试样Fig.2Bending-fatiguelifeofsamplesunderdiffer-entsurface图4不同热处理状态下试样的弯曲疲劳寿命从中可见,试样表面的氧化皮是裂纹的主要曲线
6、a—固溶处理试样b—固溶加时效试样发源地,它的存在明显降低了弯曲疲劳性能。但不Fig.4Bending-fatiguelifeofsamplesunder论是否带有氧化皮,固溶加热温度对疲劳寿命的differentheat-treatmen影响都相同。经同样固溶和时效处理试样的弯曲疲劳寿2.2弯曲疲劳应变的影响在其他条件相同时,分别以εmax=8.6%和εmax命、抗拉强度随固溶加热温度变化的情况如图5=4.6%进行不同程度的弯曲试验,所得结果如图所示。3所示。图5弯曲疲劳寿命、抗拉强度和加热温度之关系图3不同应变率时试样的弯曲疲劳寿命曲线a—
7、弯曲疲劳寿命和加热温度之关系曲线a—εmax=8.6%曲线b-εmax=4.6%曲线b—抗拉强度和加热温度之关系Fig.3Bending-fatiguelifeofsamplesunderdifferentFig.5Relatiensofbending-fatiguelife,tensilestrainstrengthandheatingtemperature当应变率小于镍钛合金的伪弹性极限(约[6,7,11]从中可见,试样的弯曲疲劳寿命和抗拉强度7%)时,进入了高周疲劳范围。即使试样带间呈对应关系。试验中发现试样的弯曲疲劳寿命有氧化皮在固溶加
8、热温度≤1073k时,弯曲疲劳和其韧性无明显对应关系,如图6所示。这和各普3寿命都可达到了10次的水平。通金属材料的低周疲劳物性是不同的。2.3固溶加
