Сплав на основі нікель-титан з пам’яттю форми

Сплав на основі нікель-титан з пам'яттю форми, що містить нікель, титан, кобальт, залізо, кремній, який відрізняється тим, що він додатково містить тантал, срібло та ітрій при наступному співвідношенні хімічних компонентів, мас. %: титан 44,00-45,45 кобальт 0,15-0,25 тантал 0,08-0,15 залізо 0,06-0,15 кремній 0,05-0,12 срібло 0,03-0,10 ітрій 0,01-0,02 нікель 54,00-55,38. (19) (21) a200910027 (22) 02.10.2009 (24) 25.03.2011 (46) 25.03.2011, Бюл.№ 6, 2011 р. (72) ПАТОН БОРИС ЄВГЕНОВИЧ, КАЛЕКО ДАВИД МИХАЙЛОВИЧ, КОВАЛЬ ЮРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, НЕГАНОВ ЛЕОНІД МИХАЙЛОВИЧ, СЛІПЧЕНКО ВІКТОРІЯ МИКОЛАЇВНА, ШПАК АНАТОЛІЙ ПЕТРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О. ПАТОНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1574676 A1, 30.06.1990 JP 60248856 A, 09.12.1985 JP 62037353 A, 18.02.1987 JP 4045237 A, 14.02.1992 3 вказаних меж  Ak та  сплав утворює залишкову деформацію   1  N із-за аномальної пластичності  -фази, що не відновлюється після нагрівання вище температури Ак. Таким чином, в результаті введення у розплав надлишку танталу (Та=3-5 % ат.) сплав під дією зовнішнього навантаження змінює форму, що не відновлюється при нагріванні вище температури (Ак). Саме це не дає можливості виготовлення виробів медичного призначення, що повинні мати стабільну форму при різних умовах експлуатації. Найбільш близьким по суті до запропонованого сплаву є сплав на основі нікель-титан (ТН-1 СЕРТИФІКАТ хімічного складу №6733 по ТУ 1-809394-84-" ВІЛС" -РОСІЯ, від 26.05.1998), що містить (% мас.): титан - 44,215-45,000, кобальт - 0,120,43, залізо - 0,04-0,23, кремній - 0,03-0,15, нікель 54,5-55,5 (решта). Сплав також має низьку границю генерації реактивних напружень, а саме низьке значення прояву стабільних по величині реактивних напружень ( Rn  15МРа) в точці кінця зворотного мартенсиAk тного перетворення (Ак) та відносно високу залишкову деформацію (   1  N ), що досягає 15,5-18,3 % після витримки сплаву у зневоленому стані при 240 °С протягом 2 годин. Це зумовлено відсутністю у сплаві компонентів-стабілізаторів механічних властивостей, що спроможні підвищити принаймні границю генерації реактивних напружень при зворотному мартенситному перетворенні (Ап-Ак) та одночасно забезпечити тривалу механічну стійкість проти утворення залишкової деформації (  ). Перелічені якості відомого сплаву обмежують його використання тими випадками, де можна без завдання шкоди живому організмові збільшити переріз виробу для досягнення необхідних зусиль стискання або розширювання кісток чи тканин. Технічною задачею винаходу є підвищення величини стабільної реактивної напруги ( Rn ) в Ak точці кінця зворотного мартенситного перетворення (Ак) при одночасному максимальному зниженні залишкової деформації (   1  N ) в умовах знакозмінного динамічного тиску. Поставлена технічна задача вирішується тим, що у сплав на основі нікель-титан з пам'яттю форми, що містить нікель, титан, кобальт, залізо, кремній додатково введені тантал, срібло та ітрій при наступному співвідношенні хімічних компонентів (% мас.): титан 44,00-45,45 кобальт 0,15-0,25 тантал 0,08-0,15 залізо 0,06-0,15 кремній 0,05-0,12 срібло 0,03-0,10 ітрій 0,01-0,02 94009 4 нікель 54,00-55,38. Відмінністю сплаву з ефектом пам'яті форми на основі нікель-титан, що пропонується, є добавка у сукупності танталу, срібла та ітрію як мікролегуючих елементів. Позитивна якість такого сплаву полягає в тому, що концентрація у сплаві танталу в межах 0,08-0,15 % мас. забезпечує сплаву підвищення величини стабільних реактивних напружень перетворення до 42-78 МРа, а також стабільність деформації в точці кінця зворотного мартенситного перетворення (Ак) при одночасному максимальному зниженні залишкової деформації до 1,0-1,7 % в умовах зовнішнього динамічного тиску на сплав за рахунок підвищення пластичності  фази. Концентрація у сплаві срібла в межах 0,030,10 % мас. у поєднанні з Та забезпечує сплаву суттєве зниження залишкової деформації в умовах знакозмінного динамічного тиску, що зумовлено підвищенням міцності  -фази. Концентрація у сплаві ітрію в межах 0,01-0,02 % мас. забезпечує сплаву підвищення механічної витривалості за рахунок зменшення зерна. Це в свою чергу підвищує механічну міцність сплаву та протидіє процесам утворення тріщин у напівфабрикатах при їх термообробці. Для експериментальної оцінки властивостей запропонованого сплаву було підготовлено 15 сумішей інгредієнтів, 8 із яких відтворили оптимальні результати (див. таблиці 1 та 2). При виготовленні сплавів як присадки застосовували два лігатурні з'єднання хімічно чистих металів: Ті-Со-Та та Ni-Ag-Y, що дозволило при проведенні плавок знизити вміст окисних включень і усунути ліквацію після зливу розплаву. Кожну плавку проводили в індукційній печі в атмосфері хімічно чистого аргону. Із одержаних відливків вирізували прямокутні та циліндричні дослідні зразки з розмірами: 0,4 х 3,0 х 40 мм та 8,0 х 10,0 мм. У кожному із зразків сплавів після попередньої термомеханічної обробки визначалися критичні температури мартенситних перетворень (Мп, Мк, Ап, Ак) резистометричним та дилатометричним методами. Ступінь відновлення геометричної форми після попередньої деформації зразків нижче температури початку прямого мартенситного перетворення (Мп) і наступного нагрівання вище температури початку зворотного мартенситного перетворення (Ап) визначали методом триточкового згину. Дослідження показали, що концентрація у сплаві Та менше ніж 0,08 % мас. приводить до зниження величини загальної деформації під дією зовнішнього навантаження. Концентрація у сплаві Та більше ніж 0,15% мас. викликає появу залишкової деформації, що не зникає при нагріванні сплаву вище температури кінця (Ак) зворотного мартенситного перетворення. 5 94009 6 Таблиця 1 Хімічні складові сплавів (% мас.): № спл 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ni 53,86 54,00 54,14 54,30 54,42 54,70 54,90 55,20 55,38 55,60 11 12 13 14 15 55,5 55,1 55,0 54,8 54,5 Ті 45,60 45,45 45,30 45,13 45,00 44,71 44,50 44,19 44,00 43,77 Co 0,14 0,15 0,17 0,18 0,20 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 Та 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 Критичні температури мартенситного перетворення (°С): Мn Мк An Ак -5 -42 15 45 3 -10 22 38 5 -6 24 37 8 0 25 36 10 0 25 36 12 1 25 36 10 0 23 35 9 -2 22 35 6 -4 21 34 0 -30 10 30 Fe Si Ag Y 0,16 0,04 0,11 0,02 0,15 0,05 0,10 0,02 0,13 0,06 0,09 0,02 0,12 0,07 0,08 0,02 0,11 0,08 0,07 0,01 0,09 0,09 0,06 0,01 0,08 0,10 0,05 0,01 0,07 0,11 0,04 0,01 0,06 0,12 0,03 0,01 0,05 0,13 0,02 0,01 сплав-прототип: ТН-1 (сертифікат хімічного складу №6733 по ТУ 1-809-394-84-ВІЛС від 26.05.1998) 44,0 0,12 0,23 0,15 -2 -25 18 45 44,5 0,15 0,13 0,12 -13 -35 16 42 44,6 0,20 0,11 0,09 -24 -45 13 40 44,8 0,25 0,09 0,06 -35 -55 10 38 45,0 0,12 0,04 0,03 Результат Незадов. Оптим. Оптим. Оптим. Оптим. Оптим. Оптим. Оптим. Оптим. Незадов. Таблиця 2 № спл. М 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 53,86 54,00 54,14 54,30 54,42 54,70 54,90 55,20 55,38 55,60 11 12 13 14 15 55,5 55,1 55,0 54,8 54,5 Реактивні Час виЗалишкова напруги в тримки при Хімічні складові сплавів (% мас.): деформація в точці Ак, 240 °С, точці Ак, (%) Результат (МРа) (годин)  240 Ті Со Та Fe Si Ag Y Rn   1  N Ak 45,60 0,14 0,07 0,16 0,04 0,11 0,02 8,5 27,0 0,4 Незадов. 45,45 0,15 0,08 0,15 0,05 0,10 0,02 42 1,7 20,0 Оптим 45,30 0,17 0,09 0,13 0,06 0,09 0,02 50 1,5 20,0 Оптим 45,13 0,18 0,10 0,12 0,07 0,08 0,02 57 1,3 20,0 Оптим 45,00 0,20 0,11 0,11 0,08 0,07 0,01 65 ІД 20,0 Оптим 44,71 0,22 0,12 0,09 0,09 0,01 78 1,0 20,0 Оптим 44,50 0,23 0,13 0,08 0,10 0,05 0,01 70 ІД 20,0 Оптим 44,19 0,24 0,14 0,07 0,11 0,04 0,01 60 1,2 20,0 Оптим 44,00 0,25 0,15 0,06 0,12 0,03 0,01 48 1,6 20,0 Оптим 43,77 0,26 0,16 0,05 0,13 0,02