粉末冶金法制备Ti-Nb基合金及其形状记忆特性的研究

粉末冶金法制备Ti-Nb基合金及其形状记忆特性的研究

由于正交结构的α"相和体心立方结构的β相之间存在热弹性马氏体相变，导致Ti-Nb基合金具有形状记忆功能和超弹性。目前已有很多关于传统熔炼锻造方法制备的Ti-Nb基合金形状记忆性能的报道。相比于传统方法，粉末冶金工艺不仅加工温度较低，且可以近净成形。关于粉末冶金法制备Ti-Nb基合金的报道很少。日本学者A.Terayame等人通过粉末冶金法制备了4种成分的Ti-Nb基合金(Ti-22Nb、Ti-22Nb-4Ta、Ti-22Nb-4Al 和 Ti-22Nb-4Sn，原子分数)，并研究了第三组元及冷加工处理对Ti-Nb基合金形状记忆功能的改善。

实验首先将Ti粉、Nb粉及添加的第三组元粉末(Ta粉、Al粉、Sn粉)通过V型搅拌器充分混合，然后填入石墨模中进行真空脉冲电流压力烧结。烧结前先进行预处理。预处理真空度为10 Pa，电流为500 A，脉冲间隔为30 ms，时间为30 s。烧结压力为30 MPa，温度为1 100℃，时间为20 min。然后对制备的Ti-Nb基合金进行1 100℃ ×24 min的真空固溶热处理。仅对Ti-22Nb合金沿厚度方向进行变形量为95%的冷轧加工，然后进行600℃×10 min退火热处理。研究表明，添加低熔点第三组元，可以有效增加烧结Ti-Nb基合金的密度。粉末冶金法制备的Ti-22Nb合金，经固溶处理后其马氏体相变起始温度(Ms)比熔炼锻造加工法制备的合金低。添加Al元素可以改善Ti-Nb基合金的形状记忆特性，并使其表现出超弹性。添加Sn和Ta元素可以细化Ti-Nb基合金晶粒，并起到固溶强化的作用，从而改善合金的拉伸性能。粉末冶金法制备的Ti-22Nb合金，经轧制及退火处理后形成{0 0 1}β＜1 1 0＞β织构，从而表现出超弹性，而且在加热/冷却过程中表现出双程形状记忆功能，形状记忆应变为0.23%。

侯智敏摘译自《Journal of Alloys and Compounds》