热处理方法
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第2卷第 1 2期1 9年 2月 9 3
稀有金属材料与工程RA RE M E TA L M AT ERI ALS AN D EN G I EERI G N N
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叼一
TNi i形状记忆合金弹簧的热处理颜世春摘要
姜
治2 03 ) 30 1
T臼/。 7 6、
(国科学皖固体物理研究所，舍肥中
对 TNi i形状记忆合金弹簧的热处理工艺及其对弹簧轴向热回
复行为的影响进行了研究 .结果表明，富 Nj丁i螺旋弹簧，经固的 Nj溶加时效处理后比一次热处理的试样有较高的热出力比 (温输出回高复力/低温变形力 )而热回复开始和终了温度比一欢热处理的弹簧，低；弹簧的轴向热固复开始和终了温度比经相同热处理的线段试样的低_ 关键词形状记忆舍金√
、,,
塑堕，里垫墼
1引
言
T Ni簧的热出力比及热回复温度的影响 i弹的研究结果。
目前双程形状记忆元件己获广泛应用 .
在双程形状记忆元件中，由形状记忆合金 (MA)线材制作成的螺旋弹簧和由偏置元 S件做成的双程形状记忆元件占重要地位。很
2实验过程本试验采用的 T Ni￥ i MA线材，一种是北京有色金属研究总院提供，名义成份为 Ti 05 t -5 .4 a%Ni丝径 15 mm,以下称，, 料：另~种是西北有色金属研究院提供，名义成份为 T - 5 5 t Ni丝径 i 0 3 a%,
多人对 S MA弹簧的设计包括用计算机设计的方法进行了研究“ ,而关于 S A弹 M簧的热处理研究报道甚少 . 众所周知，良好的形状记忆效应
( ME直接与记忆热处理有关 .另外， S ) S A的相转变温度决定于 S M MA的化学成份及热处理 .即使对一定化学组成的 S MA材料，为满足不同实用要求，也需要对其施以不同的热处理 .对 S MA弹簧这一实用元
1 r,以下称料。用，料制备螺旋压 . lf O￣l缩弹簧 3个，旋绕比均为 5 .用料制各螺旋压缩弹簧 1,旋绕比为 7个。所有弹簧的有效圈数均为 5总圈数为 7节距为
,, 5 mm。按照上述设计要求，加工了用于绕 制弹簧的钢模棒 .把 T Ni一端牢固地固 i线
件，为满足实用要求温度，需要对其进行专门的热处理研究 . 作为实用双程记忆元件， S A弹簧应 M
定在模棒头部，开始绕制弹簧，绕好后，弹簧的另一端 Ti线头也必须牢固地固定在 Ni
当满足下述要求： ()高于热回复温度时能 1输出较大回复力，在低温 (通常是室温 )有较低的变形力，把二者合并为一项指标称其为热出力比.即热出力比：高温输出回复力/低温变形力； ()符台元件工作要求的 2热回复温度 .本文报道了不同热处理对
模棒上，然后进行热处理 . 参照文献 C ) 2,并根据模拟实验结果， 对 TNi簧进行了下述热处理实验， ( ) i弹 1固溶加时效处理 .固溶处理温度 80℃ . 5
保温 1h ,室温水淬，时效温度 60℃, 5保温 1h室温水淬； ()一次退火处理， . 2
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稀有金屑封料与工程
2 2卷
退火温度分别为 6 0℃和 5 0℃,保温 0 0 lh接着空冷热处理后的弹簧及线段试 ,样，在 8℃热水和冰水中热冷循环 l 0 O
32热处理对热回复温度的影响 .
根据弹簧的热回复长度，计算热回复率= f工o/L,.热回复率与温度关系图 l 0作(-T图 ).而可方便地求出弹簧的起始和 y,从终了热回复温度 .由图 1中曲线 1得出可
次，以获得稳定的记忆效应 .热处理结束后，将弹簧从钢模上取下，用砂轮将弹簧两
端支撑圈打磨平整，然后测量热出力比及开始和终了热回复温度-
P S弹簧的起始热回复温度为 3℃,终了。 2 热回复温度为 3℃ .而经一次性处理 6(0℃加空冷 )的弹簧 P S其起始热回复 60 2温度为 4℃,终了热回复温度为 5℃, 4 2 均分别高于固溶加时效处理的弹簧的热回复温度 .
用 50k 0 g拉伸机测量了 S MA弹簧的
热回复力和室温变形力 .测量方法如下：室温下弹簧的自由长度，在拉伸机上将弹簧压缩至长度 L '压力大小为 .此时弹簧轴向应变
E。将弹簧固定在长度并加热升温，产生热回复力，随 S A弹簧加热温 M度升高热回复力加大，至最后其大小基本不变，此时热回复力大小为 E .则/即 为热出力比
用水浴法测定了 Ti M A弹簧的起 NiS始和终了热回复温度，测量方法如下：将弹簧置于冰水中，用手压缩后接着松开 .测量
弹簧自由长度 .然后把弹簧取出放人度热水中，测量其热回复后长度 L.再把 ;弹簧放人冰水中，用手压缩后松开 .使弹簧自由长度保持，把弹簧取出放人度热水中 (>T】,测量其热回复后长度， r2 )图1 P, P2 Ni簧及线段试样的 卿 S Ti弹回复行为
衄线 J P.弹簧 曲线 2线段试样
衄线 J
弹簧
又把弹簧放人冰水中，如此重复，至弹簧热回复长度基本不变则测量结束。实验表明，退火后炉冷或空冷对热回复温度没有明显的影响 .例如对从口料截下的线段试样 .经 5 0℃保温 l 0 h后，经炉冷和空冷的试样其开始热回复温度均为 5℃ .而终了热回复温度分别为 6℃ 0 l (冷试样 )和 6℃ (冷试样 )空 O炉 . 33弹簧与线段试样热回复温度的比较 .
3实验结果与分析玉 1热处理对 TN弹簧热出力比的影响 ii表 1为当轴向应变￡为 03时 .不同热 .处理的 S A弹簧的平均热出力比值。 M表 1 TI弹簧的热出力比值 NI
图 1中曲线 2表示从 P料中截取的线段试样并进行与 P S弹簧相同的固溶加时 效处理后的热回复行为。由图可知，线段试样的起始和终了热回复温度分别为 3℃和 6
4℃,分别比 P S弹簧的起始和终了热回 4 .由表 1结果可以看出 .经固溶加时效处理后的 TNi簧有较高的热出力比值 . i弹
复温度高 4℃和 8℃。 图 2曲线 1曲线 2分别表示弹簧 B 和 S和从口料截取的线段试样，经相同的固溶
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颜世春等：T Ni i形状记忆台金弹簧的热处理
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和时效处理后的热回复行为。由图 2看出，
程尚需深人研究。
B S弹簧的起始和终了热回复
温度分别为 5℃和 6℃;线段试样的起始和终了热 2 O回复温度分别为 5℃和 6℃ .比 BS弹 6 4簧的起始和终了热回复温度均高 4℃。由 P料和口料制备的弹簧的实验结果均表
4结
论
1富 Ni TNiS .的 i MA螺旋压缩弹簧， 经 80℃/ l (淬 )+60℃/1 ( 5 h水 5 h水淬 )处理 .其弹簧的热出力比高于经6 0℃/l (冷 )或 5 0℃/l ( 0 h空 0 h空冷 )