镍钛形状记忆合金丝材的冷拉

表 1 压缩率与力 学性能的关系
丝径/ 截面积/ 压缩率/ 破断拉力/ 抗拉强度/
mm
mm2
%
kN
M Pa
1. 29 1. 22 1. 17 1. 08 1. 01 0. 97
1. 306 1. 170 1. 075 0. 916 0. 800 0. 736
0 10. 56 17. 74 29. 91 39. 90 43. 46
可 见, 含 镍量大于
50. 6at %
后, 合 金
的 Ms 点
低于 0℃;
含镍量为
50. 5at % 图 3 镍钛合金的温度- 应力- 应变
的 合 金,
曲线
其 M s 点在室温附近, 但一旦冷加工, 温度必
然升高, 屈服强度也就明显增大。因此, 从实
用出发, 总是在室温下对该合金实施冷拉拔。
因为冷加工过程中该合金会发生明显的加工
( 1) 要求获得好的表面质量和尺寸精度。 ( 2) 丝材直径小于 0. 5mm 。 ( 3) 为保证用该丝材制作的器件的性能。 实施冷拉时的最大障碍是该合金即使是 在马氏体状态, 也具有很大的加工硬化率, 为 逾越它, 必须很好地选择工艺参数。通过实 践, 我们获得如下体会: 2. 1 拉拔变形率 如图 3 所示, 在 M s 温度附近, 该合金的 屈服应力最小, 因此最理想的是在此温度附近 对它实施冷拉拔。但事实上很难做到。从图 2
大于 1. 0mm
度和延伸率
时选择 10% ～15% , 丝径 小于 1. 0m m 后选
择 15% ～20% 。两次退火间的总压缩率控制
在 25% ～40% 。丝径大时取下限, 小时取上
限。模具硬度越高, 总压缩率越大。
镍钛形状记忆合金既有很好的弹性, 又
具有对原先形状的记忆功能。拉拔或退火后
直 径都会明显增大( 最甚可增大 3% 左右) 。
T o intr oduce the str uctur e and main pro perties of Ni- T i shape r em embr ance allo y, put for war d the co ld- draw ing par ameter s and str aig htening method in a cco rdance w ith the high w or king hardening r ate o f alloy .
( 2) 工作锥高度: H′= ( 1. 1～1. 2) ( d0d1 ) / t gA。
( 3) 定径带长度: 丝径大于 1. 0m m 时, 取丝径的 0. 9～1. 3 倍, 丝径小于 1. 0mm 时, 取丝径的 1. 3～2 倍。 2. 3 中间退火
如前所述, 镍钛合金马氏体的强度、硬度 明显低于母相, 因此冷拉拔时必须使合金处 于马氏体状态。拉拔后, 马氏体发生了明显的 加工硬化。为使拉拔继续进行, 必须使其完成 再结晶。为此, 拉拔过程中必须进行中间退 火, 具体工艺根据合金成分不同而异。
图 1 镍 钛二元全金状态图
要取决于合金基体
中 的 镍含 量, 也 和 热 处 理方 法 有 关。
具体情况参见图 2。
从 中 可 见, 镍
含量大于 50. 5at %
后, 在室温下就不
会有马氏体出现。 图 2 镍浓度和 M s 温度
1. 2 主要性能
的关系
抗拉强度: ～1 000M P a
选择变形率时必须考虑到这一点。
2. 2 模具孔型 因为镍钛合金具有高的加工硬化速率,
所以其拉拔模的孔型设计就类似于高碳高强
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第 22 卷 第 2 期 总第 126 期
度钢丝。结合所选择的道次压缩率在 15% 左 右, 我们要求以硬质合金作模芯材料的孔型 按以下参数加工:
( 1) 工作锥角: 2A= 10～15°, 常 取 12～ 14°, 道次压缩率越大, 锥角越大; 丝径越大, 锥角越大。
( 1) 镍含量小于 50. 5at % 的合金 从图 2 可以看出, 这部分合金加热到高 温后不论是水淬还是炉冷, 其 M s 温度都高 于室温。因此, 中间退火时可采用加热到 650 ～850℃之间的某一温度, 经适当保温后空冷 的工艺。加热温度的选择以保证马氏体转变 为母相, 并且消除加工硬化。空冷后它仍然处 于具有较低强度和硬度的马氏体状态, 冷拉 拔可以继续进行。 ( 2) 镍含量大于 50. 5at % 的合金 从图 2 可知, 这部分合金的 M s 温度都 低于室温, 甚至可以低于 0℃。因此, 若和上 述合金采用同样的工艺, 不足以保证合金在 室温下处于马氏体状态。
硬化, 其硬化系数经实际测定约为普通钢材 的两倍, 达 20M Pa/ 1% 。总体情况如图 4 所 示。所以冷拉拔时不可能采大的变形率( 包括 道 次 压缩 率
和 两 次退 火
间 的 总压 缩 率) 。
实践中, 我 们 将道 次 压 缩 率选 择
在 15% 在 左
右。当 所拉
拔 丝 材直 径 图 4 镍钛合金冷加工时的拉伸强
母相屈服强度:
100～600M P a
金属制品
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马氏体屈服强度: 50～200MP a
母相硬度: 马氏体硬度:
H v2 00～ 350 H v1 80～ 200
母相横向弹性模量: 22 000MP a
马氏体横向弹性模量: 7 000M Pa
失效时伸长率:
20% ～60%
最大弹性变形量:
例: T i - 50. 8at % Ni 合金, 经淬 火和 中 温时效后, 整体处于马氏体状态, 在室温下进 行拉拔。随拉拔压缩率增大, 合金的抗拉强度 不断增高, 两者间呈直线关系。最终可获得相 当高的强度水平, 且其弹性变形极限达 4% 。
金属制品
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回火胎圈钢丝生产工艺探讨
曾国镇
( 湖北钢丝厂 441004) 对 回火胎圈钢 丝的生产工 艺进行了 探讨, 指 出钢丝的 矫直处理宜 在回火之 前进行, 对钢丝的 镀前表面处理方式及表面镀铜方法提出了建 议。
3% ～7%
由此可见, 镍钛合金正好和钢材相反, 马
氏体性能比高温母相弱得多。
Ro zner 等人在 - 196～ 700℃温度下 进
行了单晶试样的拉伸变形, 由应力—应变曲
线得出如下结论:
( 1) 在 70℃以下首先 出现不连续屈服,
接着出现 4% ～7% 的吕德斯应变, 随后以异
常大的速率发生加工硬化; ( 2) 在 100～400℃下出现连续屈服, 加
Keywords: bea d w ir e; temper ; str aig hten; surface tr eatment; Cu_ plat ing
胎圈钢丝用于轮胎外胎的胎圈部分, 轮 胎胎圈的作用是 使轮胎紧密地固定在 轮辋 上, 并承受外胎与轮辋的各种相互作用力。胎
圈钢丝是轮胎胎圈的主要组成部分, 如果胎 圈钢丝没有好的力学性能与工艺性能, 势必 会严重影响轮胎的使用寿命。
对于这部分 合金, 应先加 热到 750℃以 上, 经充分保温, 保证原有组织转变为母相, 并完成再结晶和固溶过程, 随后水淬。为使其 室温组织中有足够数量的马氏体, 还必须进 行中温时效。在此过程中, 依靠高镍含量第二 相的析出, 有效地降低合金基体中的镍含量,
提高其 M s 温度, 保证冷却时母相转变为马 氏体。此过程可参见图 5。
Cold_ drawing of Ni- Ti Shape Remembrance Alloy Wire Materia
Yang Heng Cao Wentao Wang Lanying
( T he Research I nstituteBiblioteka Baiduof S teel W ir e Pr oducts of J iangy in, J iang su W ir e Rop e Cr oup Co. 214433)
1. 400 1. 510 1. 540 1. 570 1. 498 1. 425
1 07 2 1 29 1 1 43 3 1 71 9 1 87 2 1 92 8
具体数据如表 1 所示。 该丝材经中温热矫直后, 因发生回复而
在实际应用镍钛合金时, 除了极少数采 用铸件、管材和板材外, 绝大部分以丝材为原 料, 因此如何高效、优质地对该合金丝材进行 拉拔就成了一个在实用中必须解决的问题。
1 镍钛合金的组织结构和主要性能 1. 1 组织结构
图 1 为镍钛二元合金状态图。 从中可见, 镍含量在 50at % 附近的镍钛 合金高温母相为一种镍和钛各约占 50% 的 CsCl 型 体 心 立 方 B2 结 构 ( a0 = 0. 301 ～ 0. 302nm) 。低温下以马氏体为主, 这是一种 T i - 49. 75at % Ni, 堆垛 周期为 2 层( 2H ) 的 有 序 单 斜 晶 体, 其 a = 0. 288 9nm, b = 0. 412nm, c = 0. 462 2nm , B= 96. 8°, 亚结 构 主要是孪晶。 母相开始转变为马氏体的温度( M s) 主
图 5 T i-52at% N i 合 金的 T T T 曲 线
2. 4 表面状态 加热到 600℃以上在镍钛合金表面形成的氧 化皮具有多孔结构, 既有自润滑作用又能作 为润滑剂的载体。但若过厚, 因其脆性较大, 会明显加大冷拉拔过程中的断丝率。因此, 在 冷拉拔时, 应保证丝材表面有较薄的氧化皮。 这需要用退火加热、表面清洗和拉拔变形的 合理配合来加以保证。 2. 5 矫直
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第 22 卷 第 2 期 总第 126 期
镍钛形状记忆合金丝材的冷拉
杨 恒 曹文涛 王兰英
( 江苏钢绳集团公司江阴金属制品研究所 214433)
介绍镍钛形状记忆合金的组织 结构和主要性能, 针对合金高加 工硬化速率提出了 冷拉工艺参数和 矫直方法。
关键词: 镍钛形状记忆合金 丝 冷拉 参数
工硬化速率变小;
( 3) 在 400℃以上几乎没有加工硬化, 均
匀延伸率非常大, 任何情况下都不出现缩颈;
( 4) 即便在- 196℃下, 也可以呈现将近
40% 的延伸率。
2 镍钛合金的冷拉拔 从上述可见, 镍钛合金若在高于 600℃
( 该合金的再结晶温度) 进行热拉则可以获得 很高的生产效率。但在下列情况下, 往往是对 镍钛合金实施冷拉。
镍钛合金不仅具有形状记忆功能, 还有 极好的超弹性, 特别是含镍量大于 50. 6at % 后通过适当冷拉拔, 弹性变形极限可达 7% , 且必须永久保持。因此, 对于充分冷拉拔硬化 后的该丝材不能采用机械矫直的方法, 而只 能采用热矫直。
3 结论 镍钛形状记忆合金虽因具有形状记忆、
超弹性和高的加工硬化速率等特性而降低了 其冷加工性能, 但只要选择合理的工艺参数, 仍可顺利地对其进行冷拔加工, 并获得优质 的丝材。
关键词: 胎圈钢丝 回火 矫直 表面处理 镀铜
An Inquiry on Production Technology of Tempered Bead Wire
Zeng Guozhen ( H ubei St eel W ire Factory 441004)
T o inquir e into the pr o ductio n t echnolog y o f tempered bead wire, indica te that the str aig htening t reatment fo r steel w ir e is better to do befo re temper ing , g iv e so me advices o n t he methods of sur face tr eatment befor e plating and surfa ce Cu_ plating fo r steel wire .
Keywords: N i- T i shape r emembr ance alloy ; w ir e; co ld- dr aw ing ; paramet er
含镍量在 49. 0at % ～51. 0at % 之间的镍 钛合金因具有特异的形状记忆性能和优越的 超弹性而引起人们的浓厚兴趣。经过多年的 研究和开发, 已在航天、航空、汽车、电子、仪 表和医学等领域获得了广泛的应用。