5 Технологические свойства сплава тн-10

Никелид титана в жидком состоянии легко поглощает газы и взаимодействует со многими веществами. Поэтому его выплавка производится в вакууме или атмосфере чистого инертного газа. К слиткам предъявляются высокие требования по однородности химического состава и чистоте от примесей. Хорошее качество металла достигается применением комбинированного способа плавки, при котором вначале плавка производится в вакуумной гарнисажной печи, после чего полученный электрод вторично переплавляют в электродуговой вакуумной печи в слитки массой до 1 т.

Никелид титана подвергают обработке давлением в интервале температур 700 – 900 °С. Нагрев до более высоких температур опасен из-за сильного окисления и образования хрупкого газонасыщенного поверхностного слоя.

Особенно важную роль играет технологическая операция термофиксации. Сложность этой операции обусловлена проявлением эффекта памяти после придания заготовке из никелида титана требуемой формы. Заготовку деформируют при комнатной температуре. Для сохранения формы и размеров производят жесткое фиксирование по всем степеням свободы с последующим нагревом в вакууме до температуры 650 – 700 °С, т. е. до аустенитного состояния. В результате такой операции достигается стабильное состояние структуры и формы, которые объект «запоминает».

Для повышения триботехнических характеристик проводится химико-термическая обработка (ХТО), состоящая из оксидирования и азотирования трущихся поверхностей. Сплавы никелида титана свариваются теми же способами, как и другие титановые сплавы: аргоно-дуговым, электронно-лучевым и др.

Сплавы на основе никелида титана плохо поддаются механической обработке, в них интервал прямого мартенситного превращения (М_н – М_к) находится вблизи комнатной температуры. В процессе резания происходят структурные превращения в поверхностном слое, приводящие к появлению эффекта памяти и резкому изменению механических свойств. Для механической обработки следует применять твердосплавные резцы с оптимальной геометрией и специальные охлаждающие среды.

Никелид титана в зависимости от состава и условий деформирования может иметь как однократно, так и многократно обратимый ЭПФ. Многократно обратимый эффект памяти проявляется при термоциклировании через интервалы прямого и обратного мартенситных переходов. Этот эффект проявляется как в нагруженном, так и в ненагруженном состоянии материала и сохраняется практически независимо от числа теплосмен [7].

Производство тонкой и тончайшей никелид-титановой проволоки не только трудоемкое, но и дорогое производство. По действующей технологии вначале из цилиндрических слитков диаметром до 25 мм путем горячей прокатки в несколько переделов получают проволочную заготовку диаметром 5-8 мм. Далее она поштучно деформируется многократными циклами волочения с промежуточными операциями отжига и подготовки обрабатываемого полуфабриката к последующей деформации. Из-за длительного цикла производства и технических сложностей, как правило, тончайшая проволока из никелида титана имеет диаметр не менее 60 мкм. Проволоку более тонкого размера (сверхтонкую), как правило, массово не производят. При этом ее стоимость, начиная с 200 мкм и менее, резко возрастает.

Специфика проволоки из никелида титана заключается в том, что она представляет собой ярко выраженный композиционный материал, состоящий из сердцевины - сверхэластичного сплава и оболочки - оксида титана, свойства которых диаметрально отличаются дуг от друга. Сердцевина проволоки никелида титана характеризуется высокой пластичностью и способностью релаксировать повышенные напряжения за счет образования и движения межфазных границ раздела. Оксидный слой характеризуется низким уровнем пластичности и повышенной хрупкостью, поэтому поверхность проволоки при волочении является источником образования трещин и других дефектов, распространяющихся вглубь материала. В то же время оксидный слой, благодаря его микромасштабной шероховатости, придает никелид-титановой нити уникальные свойства высокой вживляемости и биосовместимости, особенно важные для применений в медицине. Из тонкой и тончайшей проволоки из никелида титана изготавливают: шовный материал и крепежные системы, металлическую ткань, вязаные сетки разного назначения др. Проволока тонких размеров применяется: в стоматологии в качестве рабочих элементов ортодонтических аппаратов; в офтальмологии для фиксации отслоек сетчатки; в травматологии для восстановления связок и т.д.

Качество никелид-титановой проволоки определяется не только исходными свойствами никелида титана, но также и динамикой их изменения в процессе обработки. Наряду с изменением геометрической формы и размеров заготовки происходят существенные изменения физико-механических свойств и структуры обрабатываемого сплава на основе никелида титана. Это связано с тем, что деформация обжатием в волоках сплавов на никелида титана приводит к сложным процессам фазовых переходов, сопровождающихся возникновением и релаксацией избыточных напряжений, приводящих к обрыву проволоки. Немаловажное значение имеет скрытая теплота, выделяющаяся в ходе появления низкотемпературной фазы под действием нагрузки. Управление температурным режимом волочения позволяет оптимизировать структуру материала и за счет этого минимизировать количество дефектов и обрывов, повысить производительность и снизить себестоимость продукции [11].