【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金生产领域，尤其是一种低密度轴承合金自耗电极及其制备方法。
技术介绍
1、作为高端装备的关节，航空航天专用轴承除了需要满足耐高温、耐腐蚀、长寿命等传统要求外，还需要具备低密度特性，以满足航空航天装备日益轻量化的发展趋势。美国nasa基于相图计算，在形状记忆合金的基础上开发的低密度超弹性轴承合金nitinol 60兼具了低模量、低密度、耐腐蚀、耐高温和无磁性等优异性能，最高使用温度可以达到400℃，能承受的最大载荷也比传统轴承钢提高３倍以上。美国nasa已于2012年申请了nitinol 60球轴承的粉末冶金制备技术专利，并且在2016年制定了nitinol 60粉末冶金铸锭的技术标准，在2015年将粉末冶金60niti轴承应用在国际空间站的废水处理系统。
2、由于钛含量较高极易氧化，传统的镍钛合金不能以感应熔炼的方式进行制备，必须通过真空熔炼或合金料压制的手段制备自耗电极并焊接到假电极上，在真空自耗炉中进行自耗熔炼。然而，与传统的镍钛合金不同，nitinol 60的镍含量为60%左右，超出了54.5%～57%的范围，除了niti母相之外，还有ni3ti平衡相、ni4ti3和ni3ti2亚稳相等金属间化合物，这些金属间化合物由于化学键的强度高，且方向性强，导致材料整体具有本征脆性；并且ni4ti3相的形成会导致组织发生3.3％的体积收缩，进而产生巨大的体积应力；因此在焊接自耗电极时焊缝处应力极大，会发生脆性开裂，影响安全性。美国nasa采用的粉末冶金技术尽管避免了这一问题，但是粉末冶金流程工序多、工期长
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种不会发生焊缝脆性开裂的低密度轴承合金自耗电极；本专利技术还提供了一种低密度轴承合金自耗电极的制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：包括芯棒和包裹在芯棒外面的环形板；所述芯棒的材质为镍或钛，环形板的材质为钛或镍，芯棒和环形板的材质不同。
3、进一步的，所述芯棒为圆棒且材质为镍，环形板材质为钛；芯棒直径d和环形板厚度h满足：0.319≤h/d≤0.343，芯棒长度l1和环形板长度l2满足：l1＞l2。
4、进一步的，所述芯棒为圆棒芯且材质为钛，环形板材质为镍；芯棒直径d和环形板厚度h满足：0.1819≤h/d≤0.1977，芯棒长度l1和环形板长度l2满足：l1＞l2。
5、为解决上述技术问题，本专利技术方法所采取的方法步骤为：1）根据材质准备芯棒和板材；
6、2）将板材弯曲成环形并包裹在芯棒的表面，形成环形板；
7、3）将芯棒和环形板的连接界面处进行点焊，确保二者不会发生相对滑动。
8、进一步的，所述步骤3）中的点焊工艺为：电极压力1900n～4700n，焊接电流6ka～13.3ka，熔核直径4.3mm～7.9mm。
9、本专利技术有效解决nitinol 60低密度合金自耗电极焊接到假电极发生焊缝脆性开裂，技术原理如下：
10、镍钛合金nitinol 60主要成分为镍和钛，其微观结构不仅仅包含niti母相，还包括ni3ti平衡相、ni4ti3和ni3ti2亚稳相这些金属间化合物。由于这些化合物的化学键强且具有方向性，使得合金表现出固有的脆性特征。特别是ni4ti3相的形成，会引起组织大约3.3%的体积收缩，从而在材料内部产生巨大的应力。传统的自耗电极是真空感应熔炼制备得到，这样的自耗电极在焊接至假电极过程中给在应力作用下会导致焊缝处极易出现脆性裂纹。本专利技术以组合形式替代真空熔炼浇铸，把镍和钛分别制备为棒和板，通过将板环绕棒弯曲成套管，在界面处点焊，再将纯镍或纯钛与假电极焊接，降低了焊接应力，避免了应力诱导的脆性开裂。
11、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术可以焊接于铁基假电极上，不会发生焊缝的脆性开裂，且经过真空自耗后铸锭的ti元素含量可达到39.22%～40.96%；本专利技术尤其适用于nitinol 60合金，真空自耗后铸锭的ti元素含量完全满足nitinol 60的39%～41%的成分要求。在采取本专利技术自耗电极技术方案前，自耗电极焊接至假电极后发生脆性开裂的概率为86%～98%，采取本专利技术的技术方案后，自耗电极焊接至假电极后发生脆性开裂的概率降低至13%～24%。
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1.一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：包括芯棒和包裹在芯棒外面的环形板；所述芯棒的材质为镍或钛，环形板的材质为钛或镍，芯棒和环形板的材质不同。
2.根据权利要求1所述的一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：所述芯棒为圆棒且材质为镍，环形板材质为钛；芯棒直径D和环形板厚度H满足：0.319≤H/D≤0.343，芯棒长度L1和环形板长度L2满足：L1＞L2。
3.根据权利要求1所述的一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：所述芯棒为圆棒芯且材质为钛，环形板材质为镍；芯棒直径D和环形板厚度H满足：0.1819≤H/D≤0.1977，芯棒长度L1和环形板长度L2满足：L1＞L2。
4.权利要求1、2或3所述一种低密度轴承合金自耗电极的制备方法，其特征在于，方法步骤为：
5.根据权利要求4所述的一种低密度轴承合金自耗电极的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中的点焊工艺为：电极压力1900N～4700N，焊接电流6KA～13.3KA，熔核直径4.3mm～7.9mm。
【技术特征摘要】
1.一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：包括芯棒和包裹在芯棒外面的环形板；所述芯棒的材质为镍或钛，环形板的材质为钛或镍，芯棒和环形板的材质不同。
2.根据权利要求1所述的一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：所述芯棒为圆棒且材质为镍，环形板材质为钛；芯棒直径d和环形板厚度h满足：0.319≤h/d≤0.343，芯棒长度l1和环形板长度l2满足：l1＞l2。
3.根据权利要求1所述的一种低密度轴承合金自耗电极，其特征在于：所述芯棒...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵英利，崔毅，张雲飞，李瑞杰，王艳，张大伟，张志旺，侯卫华，
申请(专利权)人：河北河钢材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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