金臬钛合金的一些特殊性质及加工方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1* 银钛合金的一些特殊性质及加工方法 形状记忆合金山（又称为ShapeMemoryAlloys,简称为SMAs）存在两种（有时具有两种以上）晶相，这些晶相会通过无扩散相转变发生相互转变.相转变使合金表现出明显的特征：超弹件和形状记亿效应，所以其被誉为“跨世纪的新材料”利”智能合金”⑴。形状记忆合金由美国的Olander最早开始研究，他在20世纪30年代首先发现马氏体的虽随着温度的升高而减少，而随着谧度降低又会增多0后来前苏联科学家KuMjumov等在Cu-Zn合金中也发现了这种现象并将之称为热弹性马氏体相变。虽於后来科学家也发现了形状记忆效应，并证实形状记忆效应产生的原因是热弹性马氏体相变，但足这些发现并没有引起人们对形状记忆合金的的重视，直到20世纪60年代，Buehler等发现I变形的零原子比煤钛合金在马氏体状态加热能够恢复到母相原来的形状，至此人们才开始关注形状记忆合金叽银钛合金由于具有较低的弹性模量〃形状记忆效应、超弹性、抗腐蚀性以及生物相容性而在航天，工程以及生物医学领域有广泛的应用［“】。在医学领域，介入放射学、整形外科、神经学和心脏病学等都会应用银钛合金，最有代表性的就是银钦合金支架，与传统的316L不锈钢支架相比，张钛合金支架在抗血栓、抗腐蚀以及低弹性模量等方面表现优异k6F，所以^钛合金取代316L不锈钢可以有效提高医疗效果。先物医用银钦合金支架包括丝编织支架和管切割支架，其中管切割支架的坯料为银钛合金管，其他医疗器械也有采用金臬钛合金管，如导管利探针等。在航空领域，锦钛合金管可以作为卫星和战斗机液压系统的连接件，可以使运行更稳定和安全。 塑性变形是加工银钛合金管的主要手段，主要工艺是挤压利拉拔，挤压工艺包括反挤压、正挤压以及可变形芯模挤压，相比挤压工艺，拉拔工艺制备的银钛合金管材可达到生物医用级，拉拔工艺根据是否存在芯模分为四种，芯模拉拔，无芯模拉拔，浮动芯拉拔以及固定芯拉拔，如果芯模拉拔的芯模能发生塑性变形，则芯模拉拔又称为可变形芯模拉拔，相反芯模不发生塑性的芯模拉拔又称为不可变形芯模拉拔口％植入人体的银钛合金管不仅要经受数以百万次的循环载荷，而且可能会有突发事件使镰钛合金管出现裂痕甚至完全断裂〔⑴，在其他领域，％泉钛合金管也需要有较高的力学性能，所以提高镇钛合金管力学性能有重要的现实意义。 最早引起人们关注且应用最广泛的形状记忆合金是近等原子比^泉钛合金(48次％~52at%Ni)。图11为NiTi?元合金相图，左高温时，近等原子比操钦合金的母相为体心立方结构(bcc)的相晶体结构随着温度的降低发生转变，当温度降至1090C时，体心立方结构转变为B2结构(bcc-*B2),B2为CsCl型超点阵，点阵常数ao=0.301nm0银铁合金能在650°C发生共析转变，低于650°C左右时，B2单相区很狭窄，仅在50.0at.%-505a〔％Ni之间存在，偏离该区域时，银钦合金将析出gNi或lATi,而这些析出物会改变银钛合金的Ni的含量，由于银钛合金的相变温度对Ni的含毫墩感，所以这些析出物会使相变溢度会发牛:大幅变化。 1曲。10201S 60XISOW100图卜1NiTi二元合金相图 镇钛合金高温时奥氏体胃相为B2晶体结构，马氏体晶体结构为B19,单斜晶，如图1-2。 B2奥氏体转变成B19吗氏体存在两种路径叫一种为一种为B2—R-B19\英中R相为菱方结构(RhombohcdraD。与B2和相比，食钛合金的R相和B19厢的晶体学对称性明显隆低，这是由于R相微观结构为(110)利(100戊合李晶，相微观结构也为挛晶结构，失去的晶体学对称性全部转化为挛晶对称关系1忆罔。 彳桀钛合金的马氏体相变是一级相变，相变发生的特征包括幸艮钛合金的畿面有浮凸出现，电阻率下降，产生热效应，电子衍射花样和X射线衍射谱出现突变等口民 根据热力学得知，热弹性马氏体相变除了存在相变阻力，还有表面能和化学自由能的变化，而且相变的发生在某一特定温度，英中M$和Mf分别为马氏体开始转变和转变结束的温度，A,和九分别为奥土体开始转变和转变结束的温度。 图1-2像饮合金的晶体绪构；（1）奥氏体B2结构；（2?马氏体结构1.2.2银钛合金管的应用 谋钛合金由于具有校低的弹性楝量，形状记忆效应、超弹性、抗腐蚀性以及生物相容性而在航天，工程以及生物医学领域有广泛的应用【可口20世纪go年代问世以来，金臬钛合金管首先用于研制腹腔镜，由于腹腔镜自由度较高，操作性较好，人们才开始逐步推广该合金管在医学领域的应用，8,0在医学领域，彳桀钛合金管主要用于支架、导管和探针，其直径尺寸必须小于或等于2n）m,而卫内外衷向具有较小的粗糙厦。生物医用彳桀钛合金支架包藉山合金丝制成的丝编织支架和由合金管制成的管切劄支架。银钛合金支架按膨胀方式可分为球囊扩彳爰型支架和自膨胀型支架。自膨胀型支架在植入人体前需要被压缩放入在输送鞘管内，此肘的支架只发生弹性变形，支架随同输送鞘管被输送到合适位置，然后彳散出输送^管，约束力消失，支架自行恢复至原有形状：球爱扩张型支架首-先任体外被压缩包蓑在球羹上，此时球囊未充气，当支架被输送至患者合适位置后，对球曩充气使其膨胀，此时支架会由于球囊膨胀而发生塑性变形，支架达到合适尺寸后撤出球黄”铁彳生航空领域，卫星和战斗机重要部位的连接件也采用银钦合金管P123银钛合金管的塑性加工方法 银钛合金管材之所以广泛应用于航天、工程和医学领域是因为：（1）较高的抗疲劳性、柔韧性以及抗弯折能力；（2）较大的径向支撑力和变形恢复能力；（3）在体温附近，超弹性表现优异【⑼。塑性变形是加丁彳堇钛合金管的主要手段，主要工艺是挤压和拉拔，挤压工艺包括反挤压、正挤压以及可变形芯模挤压，拉拔工艺根据是否存在芯模分为四种：芯模拉拔，无芯模拉拔，浮动芯枪拨以及固定芯拉拔，如果芯模拉拔的芯模能发生塑性变形，则芯模拉拔又称为可变形芯模拉拔，相反芯模不发生羯性的芯模拉拔又称为不可变形芯模拉拔（四）。 I）银钛合金管的挤压成形 挤压工艺主要分为反挤压、正挤压以及可变形芯模挤压。在正挤压前，银钛合金材料需加工出一定的预制孔，然后被固定在挤压针上，在外力作用下，挤压垫开始运动，银钛合金运动的方向与挤压垫运动方向相同，最终制备出一定直径的银钛合金管，如图13。在正挤压中，由于挤压针过长会使管材祠轴度变差，管壁厚度不均，所以正挤压适于挤压较短的管材。 在反挤压前，银钛合金材料也需要加工出一定的预制孔，然后被固定在挤压针上。在外力作用下，挤压垫开始运动，银钛合金运动的方向与挤压垫运动方向相反，如图14。因为在反挤压中坯料与挤压筒的摩擦力减小，金属的流动比正挤斥更加均匀，挤用载荷更小I叫 在可变形芯榄挤压之前，将其他金属材料填充到银钦合金材料的预制孔中，然后对躁钛合金材料进行正挤压或反挤压，最后采用化学方法除去填充金属，得到一定尺寸的镰钛合金管，如图1-5?在挤压过程中，镰钛合金所受应力为三向压应力，压应力状态近似于静水压力，有利于提鬲其塑性。在可变形芯模挤压之前，银钛合金坯料表面需涂抹一层铜，目的是避免其表面与挤压针发生焊合。 挤!壬模挤止垫图1-3正挤压原理图 才施模 图M反挤压原理图 挤压筒 反挤医图1-5可变形芯模挤压瓯理图 如果为了获得医用毛细管材，银钛合金坯料在进行挤压时可采用静液挤压，因为一般挤压方法只能获得大尺寸的管材，而且静液挤压可利用其高压润滑性能和三向等静水压力获得良好的组织结构利内外表:面质量□铁 Muller运用反挤压法制备出不同尺寸的管材，就是将挤压变细后的复合型坯料加入到大尺寸的合金坯料中，然后进行挤压，在运用化学方法把填充材料清洗掉，即可得到两种不同尺寸的管材。对于填充材料既要有和银钛合金相似的变形抗力，又要有不同的抗腐蚀能力，通过实验证明最合适的填充材料是CuCr合金〔日。 2）银钛合金管的拉拔成形 拉拔除了可以获得丝材外，还可以制造管材。拉拔工艺根据是否存在芯模分为四种：无芯模拉拔，浮动芯头拉拔、固定芯头拉拔以及芯模拉拔，而不可变形芯模拉拔和可变形芯模拉拔属于芯模拉拔，二者的区别在于芯模是否变形。 无芯拉拔如图16所示。无芯模拉拔可以减少管坯的内径与外径，而且没与有芯头的摩擦，减少了拉拔应力，从而减少了断裂几率。但由于管内表面没有支推物，所以内表面比校粗糙，甚至超过管坯，而且管壁会增厚（，5-，6]0. 打脚 图1?7为固定芯拉拔原理图。因定芯拉拔不仅能够减小管材的内径和外径尺寸，减薄壁黑，控制管材精度，而且能提升管材的内外表面的质量。但是固定芯拉拔同时受到模具和芯头的縻擦，提高了拉拔应力，使管材易于断裂，而且其拉拔极限较低，也不能生产长的管材，其中球形芯头拉拔应力比普通芯头拉拔小化 图1$为浮动芯拉拔原理图。与固定芯头拉拔相比，浮动芯拉拔可以加工更长的管材，而且加工效率更高P叽但是浮动芯拉拔丝内外表面的质蜃与固定芯拉拔相比较羌。管坯与模具利芯头的摩擦力彩响浮动芯拉拔的加工效果，摩擦系数太高会导致芯头无法移动，甚至会使管材断裂1问。 图1?9为芯模拉拔原理图。不可变形芯模拉拔、可变形芯模拉拔都属于芯榄拉拔，二者的区别在于芯模是否发生塑性变形。管材经过芯模拉拔，其拉拔极限得到明显提离。小^径长薄壁管材的唯一制备工艺是可变形芯橄拉拔。芯模材料决定了芯模拉拔能否顺利进行，芯模材料需要符合两个条件：（1）屈服强度和塑性要与拉拔材料相似，（2）变形后要便于与母管分离。低焰点金属符合条件，能够作为芯模材料，在最后采用化学或物理方法将其与母晋分离，此外形状记忆合金丧形后也使于与母管分离，也可作为芯模叫在不可变形芯模拉拔过程中，管材与芯模以用同速度同向运动,可以忽略芯模与营坯内壁之间的摩擦力，因此拉应力校小。因为不可变形芯模拉拔工艺制备的管材的尺寸精度较高，KAIYUN网页 开云com所以管材同轴度和骨壁厚度的均匀性较好I⑼。 襟钛合金管主契用于支架、导管和探针，兵直径尺寸必须小于或等于2mm。由于固定芯拉拔只能用于制备尺寸大于4mm的管材，芯模拉拔可以制备更小尺寸的管材，但是芯模拉拔的管材内外表面质量低于固定芯拉拔，因此二者可以共同制备尺寸小于2mm的管材。KazunariYoshida1161等采用外径为8mm，壁厚为0.5mm的管坯制备尺寸小于2mm的管材。第一步，采用固定芯拉拔制备管材，此时管材的外径为4mm,壁厚为1.45mm,第二步对管材连续进行23道次芯棣拉拔，绘终取得外径为壁厚为0.21imn的管材，最后用物理或化学方法去除芯模，得到需要的管材。 图1-7同定芯拉披原理图拉拔谡浮动辞 图1-8浮动芯拉拔月底理图F图1-9芯樽抽捞匝理图

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