Способы обработки никель-титановых сплавов с памятью формы

Способы обработки никель-титановых сплавов с памятью формы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Различные варианты осуществления настоящего изобретения в основном относятся к способам обработки никель-титановых сплавов. Более конкретно, определенные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к термической обработке никель-титановых сплавов для предсказуемого корректирования температуры превращения аустенита и/или интервала температур превращения сплава.

Описание предшествующего уровня техники

Известно, что эквиатомные и почти эквиатомные никель-титановые сплавы обладают как свойством «памяти формы», так и «суперэластичными» свойствами. Более конкретно, известно, что эти сплавы, которые обычно называются сплавами «нитинол», подвергают мартенситному превращению из исходной фазы (обычно называемой аустенитной фазой) в, по меньшей мере, одну мартенситную фазу при охлаждении до температуры ниже начальной мартенситной (или M_s) температуры сплава. Это превращение является полным при охлаждении до конечной мартенситной (или M_f) температуры сплава. Дополнительно, превращение является обратимым при нагревании материала до температуры выше его конечной аустенитной (или A_f) температуры. Это обратимое мартенситное превращение вызывает свойства запоминания формы сплава. Например, никель-титановый сплав может быть отформован в первую форму во время аустенитной фазы (т.е. выше конечной аустенитной, или A_f, температуры сплава) и потом охлажден до температуры ниже M_f и сформован во вторую форму. До тех пор, пока материал остается ниже А_s сплава (т.е. температуры, при которой начинается переход в аустенит, или начальной температуры аустенита), сплав будет сохранять вторую форму. Однако если сплав нагревают до температуры свыше A_f, то сплав будет возвращаться к первой форме.

Превращение между фазами аустенита и мартенсита также вызывает «суперэластичные» свойства никель-титановых сплавов. Когда никель-титановый сплав деформируют при температуре свыше M_s, то сплав может подвергаться деформационному превращению из фазы аустенита в фазу мартенсита. Это превращение, соединенное со способностью фазы мартенсита деформироваться путем движения сдвоенных границ без размножения дислокаций, позволяет никель-титановому сплаву поглощать большое количество энергии деформации путем упругой деформации без пластического деформирования (т.е. надолго). Когда напряжение удаляют, сплав способен почти полностью вернуться до его ненапряженного состояния.

Возможность коммерчески воспользоваться уникальными свойствами никель-титановых сплавов и других сплавов с памятью формы в значительной степени зависит от температур, при которых эти превращения имеют место, т.е. А_s и A_f, М_s и М_f сплава, а также интервала температур, вблизи которых эти превращения имеют место. Однако было замечено, что в бинарных системах никель-титанового сплава температуры превращения сплава очень зависят от состава. То есть, например, было замечено, что M_s температура никель-титанового сплава может изменяться на более 100 К при изменении на 1 атомный процент в составе сплава. Смотри К.Отцука (Otsuka) и Т.Какешиа (Kakeshia), "Science and Technology of Shape-Memory Alloys: New Developments", MRS Bulletin, февраль 2002, стр.91-100.

Дополнительно, как будет понятно специалистам в этой области техники, жесткий контроль состава никель-титановых сплавов, необходимый для достижения предсказуемых температур превращения, является чрезвычайно трудным для выполнения. Например, для того, чтобы достигнуть желательной заданной температуры превращения в типичном никель-титановом сплаве после того, как отлит слиток или заготовка, температура превращения слитка должна быть измерена. Если температура превращения не является желательной температурой превращения, то состав слитка должен быть скорректирован путем переплава и легирования слитка. Дополнительно, если слиток композиционно сегрегирован, что может иметь место, например, во время затвердевания слитка, то температура превращения нескольких областей поперек слитка должна быть измерена, и температура превращения в каждой области должна быть скорректирована. Этот процесс должен повторяться до тех пор, пока не достигнут желательной температуры превращения. Как будет понятно специалистам в этой области техники, подобные способы регулирования температуры превращения путем регулирования состава являются одновременно трудоемкими и дорогими. Используемый в настоящем описании термин «температура(ы) превращения» относится в основном к любой из температур превращения, обсужденных выше, тогда как термин «температура(ы) превращения аустенита» относится к, по меньшей мере, одной из аустенитной начальной (А_s) или аустенитной конечной (A_f) температуре сплава, если не указано конкретно.

Способы общепринятого повышения или понижения температур превращения никель-титанового сплава с использованием термических процессов известны в данной области техники. Например, патент США № 5882444 (Flomenblit et al.) раскрывает обработку запоминания для двустороннего сплава с памятью формы, которая включает формование никель-титанового сплава в форму, принятую в аустенитной фазе, и затем полигонизацию сплава путем нагревания при 450-550°C в течение от 0,5 до 2 часов, обработку сплава раствором при 600-800°C в течение от 2 до 50 минут и, наконец, старение при примерно 350 -500°C в течение от примерно 0 до 2,5 часов. Согласно Flomenblit et al. после этой обработки сплав должен иметь A_f, заключающуюся в пределах 10-60°C, и интервал температур превращения (т.е. A_f-А_s) - от 1 до 5°C. Затем A_f сплава может быть повышена путем старения сплава при температуре примерно 350-500°C. Альтернативно, сплав может быть обработан раствором при температуре примерно 510-800°C для снижения A_f сплава. Смотри Flomenblit et al., в графе 3, строки 47-53.

Патент США № 5843244 (Pelton et al.) раскрывает способ обработки детали, отформованной из никель-титанового сплава, для снижения A_f сплава путем выдерживания детали до температуры, большей той, до которой выдерживают сплав фиксированной формы, и меньшей температуры растворения избыточной фазы сплава в течение более 10 минут для уменьшения A_f сплава.

Однако остается необходимость в эффективном способе предсказуемого регулирования температур превращения аустенита и/или интервала температур превращения аустенита никель-титановых сплавов для достижения желательной температуры превращения аустенита и/или интервала температур превращения аустенита. Дополнительно, остается необходимость в способе предсказуемого регулирования температур превращения аустенита и интервала температур превращения аустенита никель-титановых сплавов, имеющих изменяющиеся содержания никеля.

Краткое раскрытие изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения предлагают способы обработки никель-титановых сплавов для достижения желательной температуры превращения аустенита. Например, один неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава, содержащего от более 50 вплоть до 55% никеля, для обеспечения желательной температуры превращения аустенита включает выбор желательной температуры превращения аустенита и термическую обработку никель-титанового сплава для корректирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава таким образом, что стабильная температура превращения аустенита достигается во время термической обработки никель-титанового сплава, при этом стабильная температура превращения аустенита по существу равна желательной температуре превращения аустенита.

Другой неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава для обеспечения желательной температуры превращения аустенита включает выбор никель-титанового сплава, содержащего от более 50 вплоть до 55% никеля, выбор желательной температуры превращения аустенита и термическую обработку выбранного никель-титанового сплава для корректирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава таким образом, что стабильная температура превращения аустенита достигается во время термической обработки выбранного никель-титанового сплава, причем стабильная температура превращения аустенита по существу равна желательной температуре превращения аустенита, при этом выбранный никель-титановый сплав содержит достаточно никеля для достижения предела растворимости в твердом состоянии во время термической обработки выбранного никель-титанового сплава.

Кроме того, другой неограничивающий способ обработки двух или более никель-титановых сплавов, имеющих изменяющиеся составы, содержащих от более 50 вплоть до 55% никеля, для достижения желательной температуры превращения аустенита включает выбор желательной температуры превращения аустенита и подвергания никель-титановых сплавов подобной термической обработке таким образом, что после термической обработки никель-титановые сплавы имеют стабильные температуры превращения аустенита, причем стабильные температуры превращения аустенита по существу равны желательной температуре превращения аустенита.

Другой неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава, включающего области изменяющегося состава, содержащего от более 50 вплоть до 55% никеля, так что каждая область имеет желательную температуру превращения аустенита, включает термическую обработку никель-титанового сплава для корректирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава в каждой области никель-титанового сплава, при этом после термической обработки никель-титанового сплава каждая из областей никель-титанового сплава имеет стабильную температуру превращения аустенита, которая по существу равна желательной температуре превращения аустенита.

Варианты осуществления настоящего изобретения также предлагают способы обработки никель-титанового сплава для достижения желательного температурного интервала превращения аустенита. Например, один неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава, содержащего от более 50 вплоть до 55% никеля, для достижения желательного интервала температур превращения аустенита включает изотермическое старение никель-титанового сплава в печи при температуре в пределах от 500°C до 800°C в течение, по меньшей мере, 2 часов, при этом после старения никель-титановый сплав имеет интервал температур превращения аустенита не более 15°C.

Другой неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава, включающего области с изменяющимся составом, содержащего от более 50 вплоть до 55% никеля таким образом, что каждая область имеет желательный интервал температур, включает изотермическое старение никель-титанового сплава для корректирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава в каждой области никель-титанового сплава, при этом после изотермического старения никель-титанового сплава каждая из областей никель-титанового сплава имеет интервал температур превращения аустенита не более 15°C.

Кроме того, другой неограничивающий способ обработки никель-титанового сплава, содержащего от более 50 до 55% никеля, для достижения желательного интервала температур превращения аустенита включает изотермическое старение никель-титанового сплава в печи при первой температуре старения для достижения стабильной температуры превращения аустенита и изотермическое старение никель-титанового сплава при второй температуре старения, которая отличается от первой температуры старения, при этом после старения при второй температуре старения никель-титановый сплав имеет интервал температур превращения аустенита, который по существу равен желательному температурному интервалу превращения аустенита.

Краткое описание нескольких видов чертежей

Различные варианты осуществления настоящего изобретения будут лучше понятны при чтении в соединении с чертежами.

Фигура 1 является графической зависимостью: «температура превращения аустенита - время старения» при температуре 675°C для двух различных никель-титановых сплавов.

Фигура 2 является графической зависимостью: «стабильная температура превращения аустенита - температура старения» для двух различных никель-титановых сплавов.

Фигура 3 является графической зависимостью: «температура превращения аустенита - время старения» при 566°C для двух различных никель-титановых сплавов.

Фигура 4 является кривой дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) никель-титанового сплава после 2 часов старения при 650°C.

Фигура 5 является кривой DSC никель-титанового сплава после 24 часов старения при 650°C.

Фигура 6 является кривой DSC никель-титанового сплава после 216 часов старения при 650°C.

Детальное описание изобретения

Как обсуждено предварительно, температуры превращения аустенита большей части никель-титановых сплавов обычно корректируют путем корректирования состава сплава. Однако, так как температуры превращения аустенита никель-титановых сплавов являются чувствительными к незначительным композиционным изменениям, то попытки регулирования температур превращения аустенита через состав доказали их трудоемкость и дороговизну. Более того, при этом масса сплава является композиционно сегрегированной, что может иметь место, например, во время затвердевания, корректирование температур превращения аустенита сплава может потребовать многочисленных композиционных корректировок. Напротив, способы обработки никель-титановых сплавов согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть выгодны для обеспечения эффективных способов предсказуемого регулирования температур превращения аустенита и/или интервала температур превращения аустенита никель-титановых сплавов для достижения желательной температуры превращения аустенита и/или интервала температур превращения аустенита без необходимости композиционных корректировок. Дополнительно, способы согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть выгодными для обеспечения эффективных способов предсказуемого регулирования температур превращения аустенита и/или интервала температур превращения аустенита для никель-титановых сплавов с изменяющимися содержаниями никеля, например, если большая часть сплава композиционно сегрегирована, или где различные сплавы обрабатываются одновременно. Другие преимущества способов обработки никель-титановых сплавов согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения могут включать улучшенные свойства в отношении прочности на растяжение и твердости сплавов.

Будет понятно специалистам в этой области техники, что A_s и A_f никель-титановых сплавов в основном можно корректировать путем воздействия на никель-титановый сплав повышенной температуры в течение относительно коротких периодов времени. Например, если сплав подвергают воздействию температуры, достаточной, чтобы вызвать образование осадков, богатых никелем, то температуры превращения сплава обычно будут повышаться. Напротив, если сплав подвергают воздействию температуры, достаточной, чтобы вызвать растворение осадков, богатых никелем (т.е. никель переходит в твердый раствор в TiNi фазу), то температура превращения сплава обычно будет понижаться.

Однако было обнаружено, что степень повышения или понижения температур превращения аустенита во время термической обработки будет зависеть от нескольких факторов, включающих, но не в качестве ограничения, исходные A_s и A_f сплава, общий состав сплава, а также время и температуру, воздействию которой он подвергается. Например, обратимся теперь к фигуре 1, где показана графическая зависимость «температура превращения аустенита (A_s и A_f) - время старения» при 675°C для двух никель-титановых сплавов, одного, содержащего 55% никеля (изображенного темными кружками и квадратиками), и другого, содержащего 52% никеля (изображенного светлыми кружками и квадратиками). Как видно из графической зависимости на фигуре 1, при старении этих сплавов в течение 2 часов A_s и A_f для обоих сплавов меняются существенно с увеличением времени старения. Однако после 24 часов старения изменения в A_s (изображены на фигуре 1 квадратиками) и A_f (изображены на фигуре 1 кружочками) для обоих сплавов с увеличением времени старения являются относительно маленькими. Например, после 216 часов старения температуры превращения аустенита только незначительно отклоняются от температур превращения аустенита, наблюдаемых после 24 часов старения. Другими словами, оказывается, что после старения этих сплавов при 675°C в течение 24 часов достигаются стабильные температуры превращения аустенита (как A_s, так и A_f). Используемый в настоящем описании термин «стабильная температура превращения аустенита» означает, что, по меньшей мере, одна из аустенитной начальной (A_s) и аустенитной конечной (A_f) температур никель-титанового сплава, полученного после термической обработки, отклоняется не более чем на 10°C при термической обработке никель-титанового сплава в тех же условиях в течение дополнительных 8 часов.

Например, хотя здесь не в качестве ограничения, после старения сплава с 55 атомными (ат.) процентами никеля (55 ат.% Ni) при 675°C в течение 24 часов никель-титановый сплав имеет A_s примерно -12°C и сплав с 52 атомными процентами никеля (52 ат.% Ni) имеет A_s примерно -18°C. После старения сплава с 55 ат.% Ni при 675°C в течение 24 часов никель-титановый сплав имеет A_f примерно -9°C и сплав с 52 ат.% Ni имеет A_f примерно -14°C. Когда эти сплавы стареют в течение 216 часов при 675°C, то ни A_s, ни A_f отдельных сплавов не отклоняется более чем на 10°C от A_s или A_f сплавов, зарегистрированных после 24 часов старения. В этом конкретном неограничивающем примере A_s и A_f отдельных сплавов после старения в течение 216 часов при 675°C отклоняются на менее чем примерно 5°C от A_s и A_f сплавов, наблюдаемых после 24 часов старения при 675°C.

Как обсуждено ниже более детально, и пока не намереваясь ограничиваться какой-либо конкретной теорией, автор изобретения полагает, что изменчивость A_s и A_f сплавов после старения в течение 2 часов можно в значительной степени приписать невозможности достигнуть композиционного равновесия или почти равновесных условий в этих сплавах во время этой, относительно кратковременной, термической обработки. Таким образом, как можно видеть из графической зависимости на фигуре 1, в то время как неравновесные термические обработки могут быть использованы, в основном, для повышения (или понижения) температуры превращения аустенита сплава, но они не особенно полезны в осуществлении предсказуемых корректирований температуры превращения аустенита сплава для того, чтобы достигнуть желательной температуры превращения аустенита.

Обращаясь опять к фигуре 1, можно видеть, что температуры превращения аустенита сплавов зависят от состава при старении сплавов в течение менее примерно 24 часов. Например, после 2 часов старения при 675°C A_s сплава с 55 ат.% Ni выше на примерно 27°C, чем A_s сплава с 52 ат.% Ni; и A_f сплава с 55 ат.% Ni выше на примерно 30°C, чем A_f сплава с 52 ат.% Ni. Даже после 6 часов старения при 675°C A_s сплава с 55 ат.% Ni выше на примерно 19°C, чем A_s сплава с 52 ат.% Ni, в то время как A_f сплава с 55 ат.% Ni выше на примерно 30°C, чем A_f сплава с 52 ат.% Ni. Однако после примерно 24 часов старения при 675°C разница между A_s сплава с 55 ат.% Ni и ею же сплава с 52 ат.% Ni заметно уменьшается, так же как и разница между A_f для обоих сплавов. Хотя, не в качестве ограничения, в этом конкретном примере после 24 часов старения при 675°C разница между начальными температурами аустенита двух сплавов составляет только примерно 6°C, тогда как разница между конечными температурами аустенита двух сплавов составляет примерно 5°C.

Таким образом, оказывается, что температуры превращения аустенита, достигнутые после старения этих двух сплавов в течение примерно 24 часов при 675°C, являются независимыми от общего состава сплава. Используемый здесь термин «независимый от общего состава» означает, что, по меньшей мере, одна из начальной (A_s) или конечной (A_f) температур аустенита никель-титанового сплава после термической обработки находится в пределах 10°C для любого другого никель-титанового сплава, аналогичным образом обработанного и имеющего достаточно никеля для достижения предела растворимости в твердом состоянии во время термической обработки, как обсуждено ниже более детально.

Следовательно, как можно видеть из графической зависимости на фигуре 1, хотя могут быть использованы относительно кратковременные термические обработки для создания существенных изменений в температурах превращения аустенита никель-титановых сплавов (т.е., в основном, повышение или снижение температур превращения аустенита), но они не особенно полезны в осуществлении предсказуемых корректирований до температур превращения аустенита никель-титановых сплавов для того, чтобы достигнуть желательной температуры превращения аустенита, которая является независимой от общего состава сплава.

Как обсуждено предварительно, автор изобретения полагает, что изменчивость, связанная с относительно кратковременными термическими обработками, может быть в значительной степени приписана неравновесным условиям, достигнутым в сплаве во время термической обработки. Однако было обнаружено, что предсказуемые и стабильные температуры превращения, в частности температуры превращения аустенита, могут быть достигнуты путем термической обработки никель-титановых сплавов для достижения композиционного равновесия или почти равновесного состояния в сплаве. Более конкретно, было обнаружено, что никель-титановые сплавы могут быть термически обработаны для достижения стабильной температуры превращения аустенита, которая является признаком температуры, при которой материал является термически обработанным, при условии, что никель-титановый сплав имеет достаточно никеля для достижения предела растворимости никеля в твердом состоянии (обсуждено ниже) в TiNi фазе при температуре термической обработки. Хотя, не имея в виду ограничиться какой-либо конкретной теорией или ограничить настоящее изобретение, полагают, что стабильные температуры превращения аустенита, наблюдаемые после термической обработки никель-титановых сплавов при заданной температуре, являются признаком равновесного или почти равновесного количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе при температуре термической обработки.

Хотя, здесь не в качестве ограничения, будет признано специалистами в этой области техники, что в бинарных никель-титановых сплавах максимальное количество никеля, которое может существовать в стабильном твердом растворе в TiNi фазе, изменяется с температурой. Другими словами, предел растворимости никеля в твердом состоянии изменяется с температурой. Используемый здесь термин «предел растворимости в твердом состоянии» означает максимальное количество никеля, которое остается в TiNi фазе при данной температуре. Другими словами, предел растворимости в твердом состоянии является равновесным количеством никеля, которое может существовать в твердом растворе в TiNi фазе при данной температуре. Например, не в качестве ограничения в настоящем описании, как будет понятно специалистам в этой области техники, обычно предел растворимости никеля в твердом состоянии в TiNi фазе задается кривой растворимости твердого раствора, отделяющей фазовые области TiNi и TiNi + TiNi₃ в диаграмме фазового равновесия Ti-Ni. Смотри ASM Materials Engineering Dictionary, J.R. Davis, ed. ASM International, 1992, стр. 432, что включено в описание посредством ссылки. Неограничивающий пример одной TiNi фазовой диаграммы показан в работе K.Otsuka and T.Kakeshia на стр.96. Однако альтернативные способы определения предела растворимости никеля в твердом состоянии в TiNi фазе будут очевидны специалистам в этой области техники.

Будет также понятно специалистам в этой области техники, что, если количество никеля в TiNi фазе превышает предел растворимости никеля в твердом состоянии в TiNi фазе (т.е. TiNi фаза является перенасыщенной никелем) при данной температуре, то никель будет иметь тенденцию к осаждению из раствора с образованием одного или более осадков, обогащенных никелем, таким образом, снижая перенасыщение. Однако так как скорости диффузии в системе Ti-Ni могут быть медленными, то перенасыщение не снижается мгновенно. Взамен может потребоваться существенное время для достижения равновесных состояний в сплаве. Наоборот, если количество никеля в TiNi фазе составляет менее предела растворимости в твердом состоянии при данной температуре, то никель будет диффундировать в TiNi фазу до тех пор, пока не будет достигнут предел растворимости в твердом состоянии. К тому же потребуется существенное время для достижения равновесных состояний в сплаве.

Дополнительно, когда никель осаждается из TiNi фазы, чтобы образовать богатые никелем осадки, то как прочность, так и предел прочности на растяжение сплава могут быть повышены благодаря присутствию никелевых осадков, распределенных по всему сплаву. На это повышение прочности обычно ссылаются как на «упрочнение при старении» или «дисперсионное твердение». Смотри ASM Materials Engineering Dictionary, стр.339.

Как обсуждено предварительно, на температуры превращения никель-титанового сплава сильно влияет состав сплава. В частности, было найдено, что количество никеля в растворе в TiNi фазе никель-титанового сплава будет сильно влиять на температуры превращения сплава. Например, было найдено, что M_s никель-титанового сплава будет обычно понижаться с увеличением количеств никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава, тогда как M_s никель-титанового сплава будет обычно повышаться с уменьшением количеств никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава. Смотри R. J. Wasilewski et al., "Homogenity Range and the Martensitic Transformation in TiNi", Metallurgical Transactions, том 2, январь 1971, стр. 229-238.

Однако, хотя не имея в виду ограничиться какой-либо конкретной теорией, автор изобретения полагает, что когда равновесное или почти равновесное количество никеля существует в твердом растворе в TiNi фазе никель-титанового сплава при данной температуре, то сплав будет иметь стабильную температуру превращения аустенита, которая является признаком данной температуры, невзирая на общий состав сплава. Другими словами, поскольку достаточно никеля присутствует в никель-титановом сплаве для достижения предела растворимости никеля в твердом состоянии в TiNi фазе сплава при данной температуре термической обработки, то все никель-титановые сплавы должны иметь по существу такую же температуру превращения аустенита после термической обработки сплавов при конкретной температуре термической обработки для достижения равновесного или почти равновесного количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплавов при температуре термической обработки. Поэтому стабильная температура превращения аустенита, достигнутая после термической обработки никель-титанового сплава, является признаком равновесного или почти равновесного количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава при конкретной температуре термической обработки.

Следовательно, хотя здесь не в качестве ограничения, так как количество никеля в твердом растворе в TiNi фазе никель-титанового сплава достигает равновесного количества (т.е. предела растворимости в твердом состоянии) при данной температуре, то температура превращения аустенита сплава будет меньше колебаться от дополнительной термической обработки при этой температуре. Другими словами, будет наблюдаться стабильная температура превращения аустенита, которая является признаком композиционного равновесного или почти равновесного состояния в сплаве.

Будет понятно специалистам в этой области техники, что, если после термической обработки сплав охлаждают слишком медленно до комнатной температуры, то равновесные или почти равновесные состояния, достигнутые во время термической обработки, могут быть утеряны. Соответственно, обычно желательно охлаждать никель-титановые сплавы после термической обработки достаточно быстро для сохранения равновесных или почти равновесных состояний, достигнутых во время термической обработки. Например, после термической обработки сплава он может быть охлажден воздухом, жидкостной закалкой или воздушной закалкой.

Обратимся теперь к фигуре 2, где показана графическая зависимость «стабильная температура превращения аустенита - температура старения» для двух никель-титановых сплавов, содержащих изменяющиеся количества никеля. Два никель-титановых сплава были изотермически состарены при указанных температурах в течение примерно 24 часов для того, чтобы достигнуть стабильной температуры превращения аустенита. Как обсуждено выше, стабильные температуры превращения являются признаком равновесного или почти равновесного количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплавов при температуре термической обработки.

Дополнительно, как можно видеть из графической зависимости на фигуре 2, возможно термически обрабатывать никель-титановый сплав для достижения желательной температуры превращения аустенита путем выбора температуры термической обработки, имеющую связанную с ней стабильную температуру превращения аустенита, по существу равную желательной температуре превращения аустенита, и затем путем термической обработки никель-титанового сплава при этой температуре для достижения стабильной температуры превращения аустенита. Так как стабильная температура превращения аустенита для данной температуры термической обработки может быть легко определена (например, путем исследований изотермического старения), то возможно предсказуемо корректировать A_s и A_f никель-титановых сплавов путем термической обработки никель-титановых сплавов для достижения композиционных равновесных или почти равновесных состояний в сплаве. Дополнительно, до тех пор, пока содержание никеля в сплаве является достаточным для достижения предела растворимости в твердом состоянии при выбранной температуре термической обработки, достигнутая стабильная температура превращения аустенита будет независимой от общего состава сплава. Используемый здесь, по отношению к температурам превращения, термин «по существу равный» означает, что температуры превращения находятся в пределах 10°C или меньше друг от друга. Поэтому, хотя не требуется, температуры превращения, которые по существу равны друг другу, могут быть равными друг другу.

Теперь будут описаны различные, неограничивающие, варианты осуществления настоящего изобретения. Будет понятно специалистам в этой области техники, что способы согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть использованы в соединении с множеством систем никель-титанового сплава, так же как и с системами другого сплава, имеющих свойства, чувствительные к минимальным композиционным изменениям; однако, для ясности, аспекты настоящего изобретения были описаны со ссылкой на бинарные системы никель-титанового сплава. Хотя здесь не в качестве ограничения, полагают, что способы согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения являются полезными в обработке бинарных, тройных и четвертных систем сплава, включающих никель и титан в соединении с, по меньшей мере, одним другим легирующим элементом. Например, тройные системы никель-титанового сплава считаются пригодными для включения в различные варианты осуществления настоящего изобретения, но не ограничивающими его, системы сплава никель-титан-гафний; никель-титан-медь; никель-титан-железо.

В одном неограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения никель-титановый сплав, содержащий от более 50 вплоть до 55% никеля, термически обрабатывают для обеспечения желательной температуры превращения аустенита. Более конкретно, согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения способ включает выбор желательной температуры превращения аустенита и термическую обработку никель-титанового сплава для регулирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава таким образом, что стабильная температура превращения аустенита, которая по существу равна желательной температуре превращения аустенита, достигается во время термической обработки. Дополнительно, как обсуждено выше, до тех пор, пока количество никеля, присутствующего в никель-титановом сплаве, является достаточным для достижения предела растворимости в твердом состоянии при температуре термической обработки, достигнутая температура превращения аустенита может быть независимой от общего состава сплава. Дополнительно, хотя и не требуется, согласно этому неограничивающему варианту осуществления желательная температура превращения аустенита может находиться в пределах от примерно -100°C до примерно 100°C.

Хотя не предназначено для ограничения, полагают, что влияние термической обработки на температуру превращения аустенита никель-титановых сплавов, содержащих 50% или менее никеля, является слишком маленьким, чтобы быть полезным в промышленном масштабе, тогда как никель-титановые сплавы, имеющие более 55% никеля, считаются слишком хрупкими для промышленной обработки. Однако специалисты в этой области техники могут знать определенные применения, для которых желательны никель-титановые сплавы, содержащие более 55% никеля. В таких случаях сплавы, содержащие более 55% никеля, могут быть использованы в соединении с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Теоретически, сплавы, содержащие вплоть до примерно 75% никеля (т.е. внутри области фазы TiNi + TiNi₃), должны поддаваться обработке согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, однако время, требуемое для термической обработки таких высоконикелевых сплавов, а также хрупкая природа этих высоконикелевых сплавов делают их не слишком пригодными для большинства промышленных применений.

Другой неограничивающий вариант осуществления способа обработки никель-титанового сплава для обеспечения желательной температуры превращения аустенита согласно настоящему изобретению включает выбор никель-титанового сплава, содержащего от более 50 вплоть до 55 атомных процентов никеля, выбор желательной температуры превращения аустенита и термическую обработку выбранного никель-титанового сплава для корректирования количества никеля в твердом растворе в TiNi фазе сплава таким образом, что стабильная температура превращения аустенита достигается во время термической обработки, причем стабильная температура превращения аустенита по существу равна желательной температуре превращения аустенита. Согласно этому неограничивающему варианту осуществления выбранный никель-титановый сплав содержит достаточно никеля для достижения предела растворимости в твердом состоянии во время термической обработки. Дополнительно, согласно этому неограничивающему варианту осуществления, стабильная температура превращения аустенита может быть независимой от общего состава сплава. Дополнительно, хотя не требуется, желательная температура превращения аустенита согласно этому неограничивающему варианту осуществления может находиться в пределах от примерно -100°C до примерно 100°C.

В другом неограничивающем варианте осуществления настоящего изобретения два или более никель-титановых сплава, имеющие изменяющиеся составы и содержащие от более 50 вплоть до 55 атомных процентов никеля, обрабатывают так, что сплавы имеют желательную температуру превращения аустенита. Согласно этому неограничивающему варианту осуществления способ включает выбор желательной температуры превращения аустенита и подвергание никель-титановых сплавов аналогичной термической обработке таким образом, что после термической об