一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，该方法包括：一、裁制60NiTi(X)圆柱坯；二、采用直流电源加热升温后滚珠镦制；三、热处理软化；四、锉削和粗磨；五、热处理硬化珠；六、细磨和抛光后得到60NiTi(X)轴承滚珠。本发明专利技术根据60NiTi(X)材料的热加工特性，采用60NiTi(X)材料自身电阻加热的方式进行均匀加热，不仅保证了压缩变形的顺利进行，而且能承受高速率大变形量而不开裂，有效控制了60NiTi(X)轴承滚珠的尺寸稳定性，避免60NiTi(X)轴承滚珠超弹性变形时的塑性变形，延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法
本专利技术属于金属间化合物型材制备
，具体涉及一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法。
技术介绍
美国国家航空航天局(NASA)在本世纪初发现金属间化合物Nitinol60(Ni和Ti的重量比60:40)具有很高的硬度(56～62HRC)，且具有非常优异的摩擦磨损性能。同时，Nitinol60还具有弹性模量低、超弹性(高承载能力)、密度小、导电无磁等性能，是一种非常理想的轴承材料。鉴于Nitinol60巨大的应用前景，Nitinol60以及相应富镍的三元镍钛金属间化合物60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)逐渐成为新型轴承材料研究的热点。美国在2010年使用粉末冶金法制备Nitinol60的轴承滚珠，2012年申请了Nitinol60球轴承的粉末冶金制备技术专利，并且在2016年制定了60Ni-40Ti材料粉末冶金铸锭的技术标准，并在2015年将Nitinol60轴承应用在国际空间站的废水处理系统。美国2016年公布的标准(MSFC-SPEC-3706)《SPECIFICATIONFOR60Ni-40TiBILLETS》将Nitinol60命名为60Ni-40Ti，其中规定60Ni-40Ti中Ti元素的质量百分比范围为39％～41％，而学术界一般使用60NiTi来代表该材料，将以60NiTi为基础添加少量合金元素发展的三元合金记为60NiTi-X(X元素为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co、Cu等)，其中60NiTi-X中合金元素含量一般不超过10％，Ni元素质量百分比不小于56％。轴承滚珠的传统生产主要采用钢材小圆柱冷镦成型的方式制备。但是对于60NiTi和60NiTi-X，因其相结构复杂，包含多种脆性相，力学性能也表现出脆性特征。60NiTi在室温压缩时的流变抗力在2.5GPa，而且表现出超弹性，抗力大，回弹大，尺寸难以精确控制。唯一报道过的60NiTi滚珠制备方法是NASA的粉末冶金法，然而，粉末冶金不仅工序多，工期长，成本高，而且还存在粉体易收到氧化污染，热等静压后材料内部存在结合缺陷等问题。使用机械加工的方法制备滚珠，材料利用率低，加工效率低，无法满足该材料轴承滚珠的需求。更为重要的是，粉末冶金和机械加工的60NiTi和60NiTi-X滚珠未经过挤压变形，容易在较大载荷下产生塑性变形，影响轴承使用寿命。因此，目前尚无一种快速高效的60NiTi和60NiTi-X滚珠制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法。该方法根据60NiTi(X)材料的热加工特性，采用60NiTi(X)材料自身电阻加热的方式进行均匀加热，不仅保证了压缩变形的顺利进行，而且能承受高速率大变形量而不开裂，有效控制了60NiTi(X)轴承滚珠的尺寸稳定性，避免60NiTi(X)轴承滚珠发生超弹性变形时产生的微小塑性变形，延长了使用寿命。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：步骤一、采用线切割将60NiTi(X)棒/线材裁成60NiTi(X)圆柱坯；所述60NiTi(X)棒/线材的直径为0.80mm～10.00mm；步骤二、将步骤一中裁成的60NiTi(X)圆柱坯作为工件装入到镦制模具中，然后开启直流电源，通过调节经过工件上的有效电流密度控制工件升温至900℃～1000℃，再进行滚珠镦制，得到镦制件即60NiTi(X)滚珠毛坯；步骤三、将步骤二中得到的60NiTi(X)滚珠毛坯在氩气环境中进行热处理软化，得到软化60NiTi(X)滚珠毛坯；步骤四、将步骤三中得到的软化60NiTi(X)滚珠毛坯进行锉削和粗磨，得到粗磨60NiTi(X)滚珠；步骤五、将步骤四中得到的粗磨60NiTi(X)滚珠在氩气环境中进行热处理硬化，得到硬化60NiTi(X)滚珠；步骤六、将步骤五中得到的硬化60NiTi(X)滚珠进行细磨和抛光，得到60NiTi(X)轴承滚珠。传统的滚珠加工都是冷镦，或者电炉(或气炉或感应)加热后墩制。本专利技术研究发现，要完成30％以上的墩制变形量，对于60NiTi(X)来说冷加工是不可能完成的，因为超过25％后材料就会碎裂；而且室温下变形抗力大，材料回弹严重，尺寸精度无法控制。电炉(或气炉或感应)加热的条件下，60NiTi(X)材料是由外而内进行热传递，尽管最终达到均温，但是该加热方式下，60NiTi(X)材料内部会产生很大的内应力，压缩时造成脆断。本专利技术首先根据60NiTi(X)材料的热加工特性，将60NiTi(X)棒线材裁成60NiTi(X)圆柱坯后放入镦制模具中并通直流电，采用60NiTi(X)材料自身电阻加热的方式，使得60NiTi(X)圆柱坯内外均匀加热升至高温，该状态下的60NiTi(X)圆柱坯内应力小，不仅能够进行压缩变形，而且能承受高速率大变形量而不开裂，从而有效控制了60NiTi(X)轴承滚珠的尺寸稳定性，延长了使用寿命。另外，60NiTi(X)具有超弹性，在首次变形时会产生1％不可回复的变形，之后才能在承受压力时保持弹性变形(约5％变形量)后的尺寸稳定性，因此，相较于粉末冶金法和机械加工法，本专利技术采用镦制的方法进一步保证了轴承滚珠的尺寸稳定性。上述的一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，步骤二中所述有效电流密度为15A/mm2～30A/mm2。通过该优选的有效电流密度有效控制60NiTi(X)圆柱坯的温度为900℃～1000℃，保证60NiTi(X)圆柱坯具有优异的塑性，有利于滚珠镦制的进行上述的一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，步骤二中所述滚珠镦制的压缩量为30％～40％，压缩速度为1mm/s～10mm/s。本专利技术采用直流自阻加热变形的方式保证了60NiTi(X)材料表现出优异的塑性，能承受高速大变形，因此，上述优选的滚珠镦制压缩量和压缩速度大大提高了制备效率，尤其是控制直流电源加热升温过程在15s内时，镦制过程控制在0.8s～1.2s，相对于采用机械加工法和粉末冶金法，本专利技术的制备效率大幅增加，材料利用率提高，生产成本降低。上述的一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，步骤三中所述热处理软化制度为：在900℃～1000℃保温1h～3h，然后炉冷至800℃保温2h，再炉冷至550℃出炉空冷。60NiTi(X)材料的HRC硬度高达58～62，锻造空冷状态的HRC硬度为45～50，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：/n步骤一、采用线切割将60NiTi(X)棒/线材裁成60NiTi(X)圆柱坯；所述60NiTi(X)棒/线材的直径为0.80mm～10.00mm；/n步骤二、将步骤一中裁成的60NiTi(X)圆柱坯作为工件(3)装入到镦制模具(1)中，然后开启直流电源(2)，通过调节经过工件(3)上的有效电流密度控制工件(3)升温至900℃～1000℃，再进行滚珠镦制，得到镦制件(4)即60NiTi(X)滚珠毛坯；/n步骤三、将步骤二中得到的60NiTi(X)滚珠毛坯在氩气环境中进行热处理软化，得到软化60NiTi(X)滚珠毛坯；/n步骤四、将步骤三中得到的软化60NiTi(X)滚珠毛坯进行锉削和粗磨，得到粗磨60NiTi(X)滚珠；/n步骤五、将步骤四中得到的粗磨60NiTi(X)滚珠在氩气环境中进行热处理硬化，得到硬化60NiTi(X)滚珠；/n步骤六、将步骤五中得到的硬化60NiTi(X)滚珠进行细磨和抛光，得到60NiTi(X)轴承滚珠。/n...

【技术特征摘要】
1.一种富镍的镍钛金属间化合物轴承滚珠的制备方法，其特征在于，将富镍的镍钛金属间化合物记为60NiTi(X)，所述60NiTi(X)为60NiTi和60NiTi-X中的一种，其中，60NiTi中Ti的质量含量为39％～41％，60NiTi-X中Ni的质量含量不小于56％，X的质量含量不超过10％，且X为Hf、Ta、Zr、Al、Nb、Mo、V、Cr、W、Co或Cu，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用线切割将60NiTi(X)棒/线材裁成60NiTi(X)圆柱坯；所述60NiTi(X)棒/线材的直径为0.80mm～10.00mm；
步骤二、将步骤一中裁成的60NiTi(X)圆柱坯作为工件(3)装入到镦制模具(1)中，然后开启直流电源(2)，通过调节经过工件(3)上的有效电流密度控制工件(3)升温至900℃～1000℃，再进行滚珠镦制，得到镦制件(4)即60NiTi(X)滚珠毛坯；
步骤三、将步骤二中得到的60NiTi(X)滚珠毛坯在氩气环境中进行热处理软化，得到软化60NiTi(X)滚珠毛坯；
步骤四、将步骤三中得到的软化60NiTi(X)滚珠毛坯进行锉削和粗磨，得到粗磨60NiTi(X)滚珠；
步骤五、将步骤四中得到的粗磨60NiTi(X)滚珠在氩气环境中进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，邹磊，蔡建华，洪权，陈军，杨海瑛，郭荻子，赵圣泽，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61