一种镍-钛形状记忆合金的热处理方法及设备 【技术领域】
本发明涉及镍-钛形状记忆合金的热处理方法及设备。涉及制备功能连续梯度的镍-钛形状记忆合金线材。
背景技术
镍-钛形状记忆合金有着优良的形状记忆效应和超弹性，随着在现在和未来在诸多行业领域的广泛应用，镍-钛形状记忆合金其它功能特异性也有很大的研发需求。特别是在对镍-钛形状记忆合金有功能特异性要求的行业领域，比如航天航空智能元件、医疗器械、仪器仪表、高档眼镜框架部件。镍-钛形状记忆合金既然作为一种功能材料，其功能连续梯度性能是其功能特异性的一大发展应用方向。
高档钛材料眼镜架中，镍-钛形状记忆合金的应用已经很有需求。由于镍-钛形状记忆合金在经过为使其具有形状记忆效应和超弹性的处理后，其压延加工的可塑性较差，因而在制作眼镜框架部件时，比如在制作一条整体的从庄头到眼镜腿尾的眼镜腿时，有的部位需要冲压模成型出工艺花样，有的部位需要压延加工而出进一步的超弹性，另有的部位则需要打弯，现有的匀质材料的镍-钛形状记忆合金无法满足产品要求。在一些产品的例子中，如果仅仅是对镍-钛形状记忆合金线材有需要改变塑性等等压延加工性能的部位作普通的简单的局部退火处理，将无法得到和表现出产品的形状记忆合金材料的优异性。通过研发新的热处理工艺设备而得到功能连续梯度的镍-钛形状记忆合金线材，则可以实现在同一整体产品部件上有的部位能够通过复杂的塑性变形实现复杂的工艺花样，而其超弹性等等形状记忆合金材料的性能又是通过连续梯度过度到其它部位，因而产生优异的功能特异性。此外，功能连续梯度的镍-钛形状记忆合金线材还可以产生包括特异的功能连续梯度形状记忆效应等等很多其它特异的形状记忆合金材料功能。
上述制作眼镜腿的例子，因为需要进行处理的镍-钛形状记忆合金线材直径小，长度短，特别是当需要进行处理的是镍-钛形状记忆合金线材的局部段时，如果利用现有的热处理方法和工艺设备，比如用现有的普通加热炉在炉内加热、保温，则无法实现合金线材的差温梯度受热、保温；用现有的高频感应加热设备也无法实现。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种工艺设备简单，成本低，效率高的制备功能连续梯度的镍-钛形状记忆合金线材的热处理方法及设备。
本发明的技术方案之一是：
用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理方法，包括以下步骤和工艺条件：(一)将直径为0.6～4.0mm，含Ni的原子比为51.0～55.0％的镍-钛形状记忆合金线材均匀预热至温度约250℃～300℃；(二)由至少三个的多个可以分别独立设置火力的高频感应加热机的各高频头火圏成同轴心的近距离拼排成高频头火圏组，该等至少三个的多个高频头火圏被设置成连续差温梯度对镍-钛形状记忆合金线材的加热温度，高温火圏加热温度设置在600℃～650℃，低温火圏加热温度设置在250℃～300℃，其余火圏加热温度有序的逐级等差设置成连续差温梯度，将镍-钛形状记忆合金线材待处理段置于所述高频头火圏组中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，连续差温梯度加热、保温的时间为1～10分钟；(三)退火，将镍-钛形状记忆合金线材从高频头火圏中取出，立即淬水冷却至室温，即得到功能连续梯度镍-钛形状记忆合金。
其中，所述步骤(二)中，高频头火圏各圏成20°～40°角度的倾斜平行设置，高频头火圏所实现的连续差温梯度加热温度其连续性更好。
这一方案中，用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理设备，主要由多个高频感应加热机地高频头火圏和控制电路组成，其由至少三个的多个可以分别独立设置火力的高频感应加热机的各高频头火圏成同轴心的近距离拼排成高频头火圏组，一控制电路至少包括可以统一控制所述至少三个的多个其全部高频头火圏其火力的开与关的控制开关，该等至少三个的多个高频头火圏在对镍-钛形状记忆合金线材进行连续差温梯度加热时被设置成有序的逐级连续差温梯度的对镍-钛形状记忆合金线材的加热温度。
其中，所述高频头火圏各圏成20°～40°角度的倾斜平行设置，高频头火圏所实现的连续差温梯度加热温度其连续性更好。
本发明的技术方案之二是：
用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理方法，包括以下步骤和工艺条件：(一)将直径为0.6～4.0mm，含Ni的原子比为51.0～55.0％的镍-钛形状记忆合金线材均匀预热至温度约250℃～300℃；(二)一高频感应加热机，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈的直径从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈的直径从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小直径的火圈部即高温部加热的温度为600℃～650℃，而在大直径的火圈部即低温部加热的温度为250℃～300℃，火圏直径的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度，将镍-钛形状记忆合金线材待处理段置于所述高频头火圏中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，连续差温梯度加热、保温的时间为1～10分钟；(三)退火，将镍-钛形状记忆合金线材从高频头火圏中取出，立即淬水冷却至室温，即得到功能连续梯度镍-钛形状记忆合金。
在这一技术方案下，用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理设备，包括一高频感应加热机和其高频头火圏，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈的直径从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈的直径从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小直径的火圈部成为一高温加热部，而在大直径的火圈部成为一低温加热部，火圏的直径渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度。
本发明的技术方案之三是：
用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理方法，包括以下步骤和工艺条件：(一)将直径为0.6～4.0mm，含Ni的原子比为51.0～55.0％的镍-钛形状记忆合金线材均匀预热至温度约250℃～300℃；(二)一高频感应加热机，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈螺旋的节距从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈螺旋的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小节距的火圈部即高温部加热的温度为600℃～650℃，而在大节距的火圈部即低温部加热的温度为250℃～300℃，火圏螺旋的节距的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度，将镍-钛形状记忆合金线材待处理段置于所述高频头火圏中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，连续差温梯度加热、保温的时间为1～10分钟；(三)退火，将镍-钛形状记忆合金线材从高频头火圏中取出，立即淬水冷却至室温，即得到功能连续梯度镍-钛形状记忆合金。
在这第三种技术方案下，用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理设备，如上所述亦包括一高频感应加热机和其高频头火圏，其不同在于：其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈螺旋的节距从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈螺旋的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小节距的火圈部成为一高温部，而在大节距的火圈部成为一低温部，火圏螺旋的节距的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度。
由上述本发明的技术方案之二和之三的热处理设备的结合，可以得出的一种用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理设备，其特征在于：火圈螺旋的节距从一端到另一端逐渐从小到大，且火圈的直径亦同向的从一端到另一端逐渐从小到大从；或者火圈螺旋的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大，且火圈的直径亦从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大。火圏的直径和螺旋节距的渐变结合的形成了连续性更好的对合金线材的连续差温梯度加热温度。
本发明，其热处理设备可由现有设备的材料低成本的改进而成，其工序步骤少，时间短效率高，设备和工艺的成本低，适于生产应用。由本发明的热处理设备和工艺，通过简便的对工艺和设备的调节，可以实现根据不同的功能特异性要求而制备不同的功能连续梯度的镍-钛形状记忆合金线材。
【附图说明】
图1、图2是本发明镍-钛形状记忆合金线材的连续差温梯度加热原理示意图。
图3、图4是本发明施实例一的高频机火圈组示意图。
图5、图6是本发明施实例二的高频机火圈示意图。
图7、图8是本发明施实例三的高频机火圈示意图。
图9、图10是本发明施实例四的高频机火圈示意图。
具体实施例
实施例一：
本实施例的热处理方法，包括以下步骤和工艺条件：(一)、将直径为0.6～4.0mm，含Ni的原子比为51.0～55.0％的镍-钛形状记忆合金线材均匀预热至温度约250℃～300℃。(二)、如图3所示，由5个可以分别独立设置火力的高频感应加热机的各高频头火圏201成同轴心的近距离拼排成高频头火圏组。5个高频头火圏被设置成连续差温梯度对镍-钛形状记忆合金线材的加热温度，高温火圏加热温度设置在600℃～650℃，低温火圏加热温度设置在250℃～300℃，其余火圏加热温度有序的逐级等差设置成连续差温梯度。比如位于最下端的高温火圈设为620℃，其余4个火圏设为各相差80℃的逐级温差，至最上端的低温火圏为300℃。如图3所示，将镍-钛形状记忆合金线材待处理段100置于所述高频头火圏组中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，加热、保温的时间为1～10分钟。(三)退火，将镍-钛形状记忆合金线材从高频头火圏中取出，立即淬水冷却至室温。即得到功能连续梯度镍-钛形状记忆合金。
其中，所述步骤(二)中，如图4所示，将5个高频头火圏各圏成20°～40°角度的倾斜平行设置时，高频头火圏所实现的连续差温梯度加热温度其连续性比前述较好。
结合如图1、图2所示的本发明镍-钛形状记忆合金线材的连续差温梯度加热原理示意图，可以理解到：镍-钛形状记忆合金线材在沿长度方向，其加热、保温形成有高温段、渐变段、和低温段，其中渐变段是连续差温梯度的。所述步骤(二)中，其可以从一端的火圈是高温渐变到另一端的火圈是低温，也可以是从中间部的火圈是高温渐变到两端的火圈是低温。本实施例的热处理结果，测得镍-钛形状记忆合金线材产生了从被处理的高温段到低温段的硬度、可塑性、以及超弹性连续功能梯度。
本实施例中的热处理设备，主要由多个高频感应加热机的高频头火圏和控制电路组成，如图3示，由5个可以分别独立设置火力的高频感应加热机的各高频头火圏201成同轴心的近距离拼排成高频头火圏组，由一至少包括统一控制5个高频头火圏火力的开与关的控制电路控制，5个高频头火圏在对镍-钛形状记忆合金线材进行连续差温梯度加热时被设置成有序的逐级连续差温梯度的加热温度。
其中，所述高频头火圏各圏成20°～40°角度的倾斜平行设置，高频头火圏所实现的连续差温梯度加热温度其连续性比前述较好。
实施例二：
其步骤和工艺条件与实施例一不同的是，步骤(二)为：由一高频感应加热机其高频头火圈绕成螺旋状的多圏，火圈202的直径从一端到另一端逐渐从小到大(如图5所示)，或者火圈203的直径从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大(如图6所示)，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小直径的火圈部即高温部加热的温度为600℃～650℃，而在大直径的火圈部即低温部加热的温度为250℃～300℃，火圏直径的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度，将镍-钛形状记忆合金线材(如图5所示100)的待处理段置于所述高频头火圏中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，连续差温梯度加热、保温的时间为1～10分钟。其它步骤与实例一相同。
实施例二的热处理设备，包括一高频感应加热机和其高频头火圏，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈的直径从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈的直径从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小直径的火圈部成为一高温加热部，而在大直径的火圈部成为一低温加热部，火圏的直径渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度。
实施例三：
其步骤和工艺条件与实施例一不同的是，步骤(二)为：由一高频感应加热机，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈螺旋204的节距从一端到另一端逐渐从小到大(如图7所示)，或者火圈螺旋205的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大(如图8所示)，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小节距的火圈部即高温部加热的温度为600℃～650℃，而在大节距的火圈部即低温部加热的温度为250℃～300℃，火圏螺旋的节距的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度，将镍-钛形状记忆合金线材待处理段置于所述高频头火圏中进行沿镍-钛形状记忆合金线材长度方向的连续差温梯度加热，连续差温梯度加热、保温的时间为1～10分钟。其它步骤与实例一相同。
实施例三的热处理设备，其高频头火圈绕成螺旋状的至少三圏的多圏，火圈螺旋的节距从一端到另一端逐渐从小到大，或者火圈螺旋的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大，其由待处理的镍-钛形状记忆合金线材的试样测得其在小节距的火圈部成为一高温部，而在大节距的火圈部成为一低温部，火圏螺旋的节距的渐变形成对合金线材的连续差温梯度加热温度。
实施例四：
由上述实施例二和实施例三的热处理设备的结合，而得出的一种用于制备功能连续梯度镍-钛形状记忆合金线材的热处理设备，其特点是：火圈螺旋206的节距从一端到另一端逐渐从小到大，且火圈的直径亦同向的从一端到另一端逐渐从小到大从(如图9所示)；或者火圈螺旋207的节距的从中间圈部节距小逐渐变化到两端圏部节距大，且火圈的直径亦从中间圈部直径小逐渐变化到两端圏部直径大(如图10所示)。火圏的直径和螺旋节距的渐变结合的形成了连续性更好的对合金线材的连续差温梯度加热温度。由本实施例四的热处理设备，实现的对镍-钛形状记忆合金线材的连续差温梯度加热、保温的效果最佳。