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CN1780924A - 处理镍－钛形状记忆合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一些实施方案提供了处理含有大于50到55原子％镍的镍－钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围的方法。在一个实施方案中，该方法包括选择所要求的奥氏体相变温度，并热处理镍－钛合金以调节合金的TiNi相的固溶体中的镍量致使获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。

Description

处理镍-钛形状记忆合金的方法
                  相关申请的交叉-参考文献。
                            没有
              有关在联邦范围内提出的研究或开发。
                            没有
                        顺序表的参考。
                            没有
发明背景
发明领域
本发明的各种实施方案通常涉及处理镍-钛合金的方法。更具体地说，本发明的一些实施方案涉及热处理镍-钛合金以可预测地调节合金的奥氏体相变温度和/或相变温度范围。
相关技术的说明
已知等原子或接近等原子的镍-钛合金具有“形状记忆”和“超弹性”两种性能。更准确地说，已知这些合金，通常称为“Nitinol”合金，在冷却至低于合金的马氏体起始(或“Ms”)温度时经历从原始相(通常称作奥氏体相)到至少一种马氏体相的马氏体相变。这种相变在冷却至合金马氏体最终(或“Mf”)温度时完成。此外，当材料被加热至其奥氏体最终(或“Af”)温度以上时相变是可逆的。这种可逆的马氏体相变导致合金的形状记忆性能。例如，呈奥氏体相时镍-钛合金形成第一形状(即，在高于合金的奥氏体最终温度，或Af)，随后冷却至低于Mf而形成第二形状。只要材料保持低于合金的As(即，在开始的相变为奥氏体的温度或奥氏体的起始温度)，合金将保留第二形状。然而，当把合金加热至高于Af的温度时，合金将返回到第一形状。
奥氏体和马氏体相之间的相变也能导致镍-钛合金的“超弹性”性能。当使镍-钛合金在高于Ms的温度下发生应变时，则该合金能经受从奥氏体相到马氏体相的应变感生相变。结合马氏体相通过双间界的移动而能变形的这种相变不产生位错，使镍-钛合金通过弹性变形而不是塑性(即，持久)变形而吸收大量的应变能量。当应变被除去时，合金能几乎全部返回到其未发生应变的条件。
镍-钛合金，和其它形状记忆合金的独特性能的工业用途的能力，在很大的程度上取决于这些相变发生的温度，即，合金的As和Af，Ms和Mf，以及这些相变发生时的温度范围。然而，在二元镍-钛合金体系中，已经观察到了合金的相变温度很大程度上取决于组成。也就是说，例如，已观察到合金的组成变化1原子％时，镍-钛合金的Ms温度则变化大于100K。见K..Otsuka和T.Kakeshia，“Science and Technology of Shape-Memory Alloy：NewDevelopments” MRS Bulletin，2002年，2月，第91-100页。
此外，正如所属技术领域的技术人员理解的，为获得可预测的相变温度所必须的镍-钛合金的严格组成控制，是很难实现的。例如，为了在典型的镍-钛工艺过程中获得所要求的相变温度，在熔炼镍-钛锭或坯料后，必须测量锭的相变温度。假若相变温度不是所要求的相变温度，则锭的组成必须通过再熔融和合金化加以调整。此外，假若锭呈成份偏析，例如在固化过程中可能出现的，则必须测量多个穿过锭区域的相变温度，并且在各区的相变温度必须加以调整。这种方法必须重复直到获得所要求的相变温度。正如所属技术领域的技术人员将会理解的，通过控制组成来控制相变温度的这种方法，既费时又花钱。当用于本发明中时，术语“相变温度(多个)”通常意指如上讨论的任何相变温度；而术语“奥氏体相变温度(多个)”意指合金的奥氏体起始(As)或奥氏体最终(Af)温度中的至少一种，除非另有指示。
通常使用加热法提高或降低镍-钛合金的相变温度的方法是已知技术。例如，Flomenblit等人的U.S专利号5,882,444，公开了一种双-向形状记忆合金的记忆处理，其包括将镍-钛合金制成可呈现奥氏体相的形状，然后通过在450℃～550℃下加热0.5～2.0小时使合金多边化，在600℃～800℃下固溶处理合金2～50分钟，最后于约350℃～500℃下老化约0～2.5小时。按照Flomenblit等人，在这种处理后，合金应具有在10℃与60℃之间变化的Af和在1℃与5℃之间变化的相变温度范围(即，Af-As)。之后，合金的Af是通过在约350℃～500℃的温度下老化合金而得到提高。另一方法，也可以于约510℃～800℃的温度下固溶处理合金以降低合金的Af。见Flomenblit等人专利说明书第3栏，47～53行。
Pelton等人的U.S专利5,843,244公开了一种处理一种由镍-钛合金制成的部件以降低合金Af的方法，它通过将部件暴露于高于其暴露以形状-固定合金的温度并低于合金的固溶线(solvus)温度，持续时间不超过10分钟，以降低合金的Af。
但是，仍然具有对可预测控制镍-钛合金的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围以获得所要求的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围的有效方法的需求。此外，这也仍然保持对可预测控制具有变化镍含量的镍-钛合金的奥氏体相变温度和奥氏体相变温度范围方法的需求。
发明的简述
本发明的一些实施方案提供处理镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度的方法。例如，一种处理包含大于50到55原子％镍的镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的非限制性方法，该法包括选择所要求的奥氏体相变温度，和热处理镍-钛合金以调节合金在TiNi相的固溶体中的镍含量，致使在热处理镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。
处理镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，包括选择含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金，选择所要求的奥氏体相变温度，以及热处理所选择的镍-钛合金以调节在合金TiNi相的固溶体中的镍量，致使在热处理所选择的镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等，其中所选择的镍-钛合金包含足以在热处理所选择的镍-钛合金过程中达到固体溶解度极限的的镍量。
还有另外一种处理两种或多种具有大于50到55原子％镍间的变化组成的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度的非限制性方法，该法包括选择所要求的奥氏体相变温度，并使镍-钛合金经受类似的热处理以便在热处理后，镍-钛合金具有稳定的奥氏体相变温度，稳定的奥氏体相变温度基本上等于所要求的奥氏体相变温度。
处理含有大于50到55原子％镍间变化组成区域的镍-钛合金以使各区域具有所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，该法包括热处理镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内的在合金TiNi相的固溶体中的镍量，其中在热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域具有基本上等于所要求的奥氏体相变温度的稳定的奥氏体相变温度。
本发明的实施方案还提供处理镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的方法。例如，处理含有大于50到55原子％镍间的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的一种非限制性方法，该法包括在500℃与800℃之间变化的温度的炉内对镍-钛合金等温老化至少2小时，其中老化后镍-钛合金具有不大于15℃的奥氏体相变温度。
处理包含大于50到55原子％镍间的变化组成的区域的镍-钛合金致使各区具有所要求的奥氏体相变温度的另一种非限制性方法，该法包括等温老化镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内在合金的TiNi相的固溶体中的镍量，其中等温老化镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域具有不大于15℃的奥氏体相变温度。
还有另一种处理含有大于50到55原子％镍间的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的非限制性方法，该法包括在第一老化温度下的炉内等温老化镍-钛合金以获得稳定的奥氏体相变温度，并在不同于第一老化温度的第二老化温度下等温老化镍-钛合金，其中在第二老化温度下老化后，镍-钛合金具有基本上等于所要求的相变温度范围的奥氏体相变温度范围。
附图(多个)的简略说明
当结合附图阅读时，本发明的各种实施方案将变得更易理解，其中：
图1是对两种不同的镍-钛合金在675℃下的奥氏体相变温度对老化时间的示意曲线图。
图2是对两种不同的镍-钛合金的稳定奥氏体相变温度对老化温度的示意曲线图。
图3是对两种不同的镍-钛合金在566℃下的奥氏体相变温度对老化时间的示意曲线图。
图4是镍-钛合金在650℃下老化2小时后的示差扫描量热计(“DSC”)的图示曲线。
图5是镍-钛合金在650℃下老化24小时后的DSC图示曲线。
图6是镍-钛合金在650℃下老化216小时后的DSC图示曲线。
发明的详述
如前述，通常，大多数镍-钛合金的奥氏体相变温度是通过调节合金的组成而进行调节的。然而，由于镍-钛合金的奥氏体相变温度对较少的组成变化是敏感的，所以尝试通过组成控制奥氏体相变温度，证明这是费时和花钱多的。此外，当大多数的合金呈组成偏析时，例如，在固化过程中出现，调节合金的奥氏体相变温度需要许多的组成调节。相反，按照本发明的各种实施方案处理镍-钛合金的方法，在提供可预测控制镍-钛合金奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围以获得所要求的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围的有效方法中是有利的，它无须组成的调节。此外，按照本发明各种实施方案的方法，在提供可预测控制具有可变镍含量的镍-钛合金的奥氏体相变温度和/或奥氏体相变温度范围的有效方法中是有利的，例如，当大多数的合金呈组分偏析或在不同合金同时处理时。按照本发明的一些实施方案处理镍-钛合金方法的其它优点包括提高合金的抗拉强度和硬度。
所属技术领域的技术人员将会理解的是，镍-钛合金的As和Af通常可以通过将镍-钛合金暴露于提高的温度下持续较短的时间加以调节。例如，假若把合金暴露于足够引起富镍沉淀形成的温度下，合金的相变温度一般会提高。相反，假若把合金暴露于足以引起富镍沉淀溶解的温度下，(即，镍进入TiNi相的固溶体)，则合金的相变温度一般会下降。
但是，本发明人观察到在热处理过程中奥氏体相变温度的升高或下降的程度取决于若干因素，其包括，但不限于合金的起始As和Af、合金的总组成以及暴露的时间和温度。例如，参照图1，该图显示两种镍-钛合金的奥氏体相变温度(As和Af)对在675℃下老化时间的曲线，一种含有55原子％的镍的合金(用实心圆和方块表示)，而另一种含52原子％的镍(由空心圆和方框表示)。如从图1的曲线所见，当这些合金老化2小时，则两种合金的As和Af随着老化时间的增长显著地变化。然而，在老化约24小时后，两种合金的As(图1由方块表示)和Af(图1由圆表示)随着老化时间的增加变化相对是小的。例如，老化216小时后，奥氏体相变温度从老化24小时后的所观察的奥氏体相变温度，仅有轻微波动。换句话说，似乎这些合金在675℃下老化约24小时后，可以获得稳定的奥氏体相变温度(As和Af)。当用于本发明时，术语“稳定的奥氏体相变温度”意指在同样条件下热处理镍-钛合金再另外8小时，则在热处理后所获得的镍-钛合金奥氏体起始(As)或奥氏体最终(Af)温度中的至少一种偏离不大于10℃。
例如，尽管在此没有限制，但在675℃下老化55原子％镍合金(“55at.％Ni”)24小时后，镍-钛合金具有约-12℃的As，而52原子％Ni合金(“52at.％Ni”)具有约-18℃的As。在675℃下老化55at.％Ni合金24小时后，镍-钛合金具有约-9℃的Af，而52原子％镍合金具有约-14℃的Af。当这些合金在675℃下老化216小时时，各合金的As或Af中没有一个偏离老化24小时后所观察的合金As或Af 10℃以上。在这种特殊的非限制性实施例中，各合金在675℃下老化216小时后的As和Af偏离在675℃下老化24小时后观察到的合金As和Af小于约5℃。
正如下面详细讨论的，尽管不打算受任何特定的理论束缚，但本发明人认为合金老化2小时后的As和Af的变化性，很大程度上归因于这些合金在较短的热处理过程中不能达到组成平衡或接近平衡的条件。因此，如从图1的曲线图所见，尽管非平衡的热处理可以用于一般提高(或降低)合金的奥氏体相变温度，但为了获得所要求的奥氏体相变温度，在进行可预测调节合金的奥氏体相变温度中不是特别有效。
再次参照图1，可以看出当合金老化不足约24小时时，合金的奥氏体相变温度依赖于组成。例如，在675℃下老化2小时后，55at.％Ni合金的As高于52at.％Ni合金As约27℃；而55at.％Ni合金的Af高于52at.％Ni合金Af约30℃。即使在675℃下老化6小时后，55at.％Ni合金的As也高于52at.％Ni合金As约19℃；而55at.％Ni合金的Af高于52at.％Ni合金Af约21℃。但是，在675℃下老化约24小时后，55at.％Ni合金和52at.％Ni合金的As间的差距急剧地下降，两种合金的Af之间的差距也如此。尽管在此没有限制，但在675℃下老化24小时后的这种特殊的实施例中，两种合金的奥氏体起始温度之间的差距仅为约6℃，而两种合金的奥氏体最终温度之间的差距约5℃。
这样，似乎在675℃下老化这两种合金24小时后所获得的奥氏体相变温度不受合金总组成的制约。当用于本发明中时，术语“不受总组成的制约”意指镍-钛合金在热处理后的奥氏体起始(As)或奥氏体最终(Af)温度中至少一种不超出类似处理并具有足够的镍以在热处理过程中达到固体溶解度极限的任何其它镍-钛合金的10℃，如下文详细讨论的。
因此，从图1中的曲线可见，尽管可以使用较短时间的热处理以在镍-钛合金奥氏体相变温度中产生一般移动(即，奥氏体相变温度的一般升高或降低)，但为了获得不受合金总组成制约的所要求的奥氏体相变温度，在进行可预测调节镍-钛合金的奥氏体相变温度中其不是特别有效。
如上所述，本发明人认为与较短时间热处理有关的变化性很大程度上是归因于热处理过程中合金内所达到的非平衡条件。然而，本发明人已观察到可预测的和稳定的相变温度，特别是奥氏体相变温度，可以通过热处理镍-钛合金以在合金内达到组分平衡或接近平衡的条件来获得。更具体地，本发明人已观察到，能对镍-钛合金进行热处理以获得稳定的奥氏体相变温度，该温度是热处理材料的温度的特征，只要镍-钛合金在热处理温度下具有足以达到在TiNi相中的镍的固体溶解度极限的镍量(下面讨论的)。尽管无意受任特殊理论的束缚或限制本发明，但本发明人认为在指定温度下热处理镍-钛合金后所观察到的稳定奥氏体相变温度是在热处理温度下在TiNi相的固溶体中镍的平衡量或近平衡量的特征。
尽管在此没有限制，但所属技术领域的技术人员将会了解到，在二元镍-钛合金中，能在TiNi相以稳定固溶体存在的最大量镍是随温度而变化。换句话说，TiNi相中镍的固体溶解度极限随温度而变。当用于本发明时，术语“固体溶解度极限”意指在指定的温度下保持在TiNi相中镍的最大量。换句话说，固体溶解度极限是镍在指定温度下在TiNi相的固溶体中存在的平衡量。例如，尽管在此没有限制，但所属技术领域的技术人员将会理解的是，通常，在TiNi相中镍的固体溶解度极限是由Ti-Ni平衡相图中分离TiNi和TiNi+TiNi3相区的固溶度曲线给出的。见 ASM Materials Engineering Dictionary，J.R.Davis编，ASM international，1992年，第432页，此文献作为参考文献专门引入。一种Ti-Ni相图的非限制性实例示于K.Otsuka和T.Kakeshia中的第96页中。然而，确定TiNi相中镍的固体溶解度极限的其它方法对于所属技术领域的技术人员来说是显而易见的。
所属技术领域的技术人员也会理解的是，假若在指定温度下TiNi相中的镍量超过TiNi相中镍的固体溶解度极限(即，TiNi相的镍过饱和)时，镍倾向于从溶液中沉淀出来以形成一种或多种富镍沉淀，由此减轻过饱和现象。但是，由于TiNi体系中的扩散速度慢，所以过饱和现象不能瞬时减轻。代之可以采用要达到的合金中平衡条件的实际时间量。相反地，假若TiNi相中镍量小于指定温度下的固体溶解度极限，则镍扩散进入TiNi相直到获得固体溶解度极限。再有，可以采用欲在合金中要达到的平衡条件的实际时间量。
此外，如镍从TiNi相中沉淀出来形成富镍沉淀时，由于遍布合金存在分布的镍-沉淀，所以提高了合金的硬度和极限抗拉强度。这种强度的提高通常被称作“时效硬化”或“沉淀硬化”。见 ASM Materials Engineering Dictionary，第339页。
如前所述，镍-钛合金的相变温度强烈地受合金组成的影响。特别是，已观察到镍-钛合金的TiNi相中的固溶体中的镍量强烈地受合金的相变温度的影响。例如，已观察到镍-钛合金的Ms一般随着合金TiNi相的固溶体中镍量的升高而下降；因此镍-钛合金的Ms一般随着合金TiNi相的固溶体中镍量的降低而升高。见R.J.Wasilewski等人，“Homogenity Range and the MartensiticTransformation in TiNi” Matallurgical Transactions，第2卷，1971年，1月，第229～238页。
然而，尽管无意受任何特定理论的束缚，但本发明人认为当在指定的温度下镍以平衡或接近平衡量存在于镍钛合金的TiNi相的固溶体中时，不管合金的总组成合金具有指定温度特征的稳定奥氏体相变温度。换句话说，只要有足够的镍存在于镍-钛合金中以在指定的热处理温度下达到合金的TiNi相中镍的固体溶解度极限，则所有的镍-钛合金在特定的热处理温度下热处理合金后都应当具有基本上相同的奥氏体相变温度，以在该热处理温度下使镍在合金的TiNi相的固溶体中达到平衡或接近平衡量。由此，热处理镍-钛合金后所获得的稳定奥氏体相变温度是在特定热处理温度下在合金的TiNi相的固溶体中的镍平衡量或近平衡量的特征。
因此，尽管在此没有限制，但当在镍-钛合金的TiNi相的固溶体中镍量达到在指定温度下的平衡量(即，固体溶解度极限)时，则合金较低的奥氏体相变温度随着在该温度下另外热处理而波动。换句话说，可以观察到稳定的奥氏体相变温度是合金内组分平衡或接近平衡条件的特征。
所属技术领域的技术人员还会理解的是，在热处理后，假若合金过慢地冷却至室温，则热处理过程中所获得的平衡或接近平衡的条件就会丧失。因此，通常理想的是冷却热处理后的镍-钛合金要足够的快以保持热处理时所获得的平衡或近平衡的条件。例如，热处理合金后，合金可空气冷却、液体骤冷，或空气骤冷。
现参照图2，该图显示两种含变量镍的镍-钛合金的稳定奥氏体相变温度对老化温度的曲线。为了获得稳定的奥氏体相变温度，使两种镍-钛合金在指定温度下等温老化约24小时。如上所述，稳定的奥氏体相变温度是热处理温度下在合金的TiNi相的固溶体中的镍平衡或接近平衡量的特征。
此外，从图2的曲线可见，有可能通过选择具有与所要求的奥氏体相变温度基本相等的稳定奥氏体相变温度的热处理温度，而热处理镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度，然后在该温度下热处理镍-钛合金以获得稳定奥氏体相变温度。由于在指定的热处理温度的稳定奥氏体相变温度易于测定(例如通过等温老化研究)，所以有可能借助于热处理镍-钛合金以使合金内达到组分平衡或近平衡的条件来可预测地调节镍-钛合金的As和Af。另外，只要合金的镍含量是足以在所选择的热处理温度下达到固体溶解度极限，则所获得的稳定奥氏体相变温度将不受合金总组成的制约。当有关相变温度用于本发明中时，术语“基本上相等”意指相变温度彼此不超出10℃或以下。此外，尽管没有必要，但彼此基本相等的相变温度也能彼此相等。
现对本发明的各种非限制性实施方案予以说明。所属技术领域的技术人员将会理解到，本发明某些实施方案的方法可与各种镍-钛合金体系，以及其它具有对少量组成变化敏感性能的合金体系结合而进行利用；然而，为清楚起见，参照二元镍-钛合金体系阐述本发明的各个方面。尽管在此没有限制，但认为本发明一些实施方案的方法，在处理含镍和钛与至少一种其它的合金元素的二元、三元、四元合金体系中是有用的。例如，认为三元镍-钛合金体系在本发明的各种实施方案中包括，但不限于：镍-钛-铪；镍-钛-铜；和镍-钛-铁合金体系中都是有用的。
在本发明的一种非限制性实施方案中，热处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度。更具体地说，按照本发明的实施方案，该方法包括选择所要求的奥氏体相变温度，并热处理镍-钛合金以调节在合金的TiNi相的固溶体中的镍含量，致使在热处理过程中获得稳定的奥氏体相变温度，它基本上等于所要求的奥氏体相变温度。此外，如上所述，只要镍-钛合金中存在的镍量足以在热处理温度下达到固体溶解度极限，则所获得的奥氏体相变温度不受合金总组成的制约。另外，尽管没有必要，但按该非限制性实施方案，所要求的奥氏体相变温度在约-100℃与约100℃之间变化。
尽管在此无意进行限制，但认为对在含有50原子％或以下镍的镍-钛合金的奥氏体相变温度时的热处理的效果太小，以致工业上无用；而认为含有大于55原子％镍的镍-钛合金对工业处理太脆。但是，所述技术领域的技术人员可能考虑到，含有大于55原子％镍的镍-钛合金的某些应用是理想的。在这种情况下，可使含有大于55原子％镍的合金与本发明的各种实施方案结合利用。理论上，含有高达约75原子％镍的合金(即，在TiNi+TiNi3相区内)能按本发明的各种实施方案处理；然而，热处理如此高的镍合金所需要的时间，以及这些高镍合金的脆性，对于大多数工业用途来说是不合适的。
提供本发明所要求的奥氏体相变温度的处理镍-钛合金方法的另一非限制性实施方案包括，选择含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金，选择所要求的奥氏体相变温度，并热处理所选择的镍-钛合金以调节在合金的TiNi相的固溶体中的镍量，致使在热处理过程中获得稳定的奥氏体相变温度，该稳定的奥氏体相变温度基本上与所要求的奥氏体相变温度相等。按照这种非限制性实施方案，所选择的镍-钛合金包含足以在热处理过程中获得固体溶解度极限的镍。此外，按照这种非限制性实施方案，稳定的奥氏体相变温度不受合金总组成的制约。另外，尽管没有必要，但按照这种非限制性实施方案所要求的奥氏体相变温度可在约-100℃与约100℃之间变化。
在本发明的另一非限制性实施方案中，处理具有可变组成和包含大于50到55原子％镍的两种或更多种镍-钛合金，以使合金具有所要求的奥氏体相变温度。按照该非限制性实施方案，该方法包括选择所要求的奥氏体相变温度，和使镍-钛合金经受类似的热处理，以致使热处理后，镍-钛合金具有稳定的奥氏体相变温度，该温度基本上与所要求的奥氏体相变温度相等。如前所述，只要镍-钛合金具有足够的镍以在热处理过程中达到固体溶解度极限，合金的稳定奥氏体相变温度将不受合金总组成的制约。此外，尽管没有必要，但按照这种非限制性实施方案，可使所要求的奥氏体相变温度在约-100℃与约100℃之间变化。当用于本发明中时，术语“类似的热处理”意指镍-钛合金既可一起处理，也可单独处理，但是要使用相同的或类似的处理参数。
如前所述，在镍-钛合金固化过程中，合金在组成上偏析。通常，这种组成上偏析可以导致整个合金不同的相变温度。这通常这需要对整个的合金进行各个组分的调节，以获得均匀的奥氏体相变温度。所属技术领域的技术人员将理解，这需要对合金进行复杂的组成调节。然而，本发明人发现通过按照本发明的各种实施方案热处理组成上偏析的镍-钛合金，能使整个的合金获得均匀的奥氏体相变温度，而无须如此复杂的组成调节。
因此，本发明的一些实施方案提供处理包括从大于50到55原子％镍的可变组成区域的镍-钛合金以致使各区域均具有所要求相变温度的方法。更具体地说，所述方法包括热处理镍-钛合金以调节镍-钛合金的各区域内的TiNi相的固溶体中的镍含量，致使热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域都具有稳定的奥氏体相变温度，该温度基本上与所要求的奥氏体相变温度相同。
如前所述，镍从TiNi相的固溶体中沉淀以形成富镍沉淀它能通过沉淀硬化提高镍-钛合金的强度。因此，在本发明的一些实施方案中，其中富镍沉淀在热处理过程中形成，热处理过的镍-钛合金，与热处理前的合金相比，更为有利的是其具有提高的抗拉强度和/或提高的硬度。
现在讨论按照本发明前述的非限制性实施方案的热处理镍-钛合金的合适的、非限制性的方法。按照本发明的各种实施方案热处理镍-钛合金的方法包括，但不限于此，等温老化处理、分段或分级老化处理和可控的冷却处理。当用于本发明中时，术语“等温老化”意指使合金在恒定炉温的炉中持续一段时间。然而，所属技术领域技术人员将理解的是，由于设备的限制，在等温老化处理中能出现炉温的微小波动。
例如，在本发明的一些实施方案中，热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金。如前所述，热处理镍-钛合金的温度取决于所要求的奥氏体相变温度。由此，例如，在本发明的一些非限制性实施方案中，其中热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金，等温老化温度在500℃与800℃之间变化。
尽管本发明没有限制，但认为按照本发明的各种实施方案可以利用在低于约500℃温度下的等温老化，但在低于约500℃的老化温度下要获得平衡或接近平衡的条件所需的时间，通常对许多工业应用来说是太长。另外，按照本发明的各种实施方案可以利用在约800℃以上温度下进行等温老化；然而，在高于约800℃的温度下老化的富镍合金对用于许多工业用途倾向于太脆。然而，现有技术中的熟练技术人员可认识到，对于老化温度低于约500℃或高于约800℃的用途是有用的。因此，本发明的实施方案试图在低于约500℃或高于约800℃的温度下热处理镍-钛合金。
所属技术领域的技术人员将理解，为获得稳定的奥氏体相变温度所必需的等温老化处理持续时间，将部分依赖于合金的构型(或横截面积)(即，棒、线材、板坯等)、老化温度以及总的镍含量而变化。例如，尽管本发明没有限制，但按照本发明的实施方案，在热处理超细的镍-钛合金线材(即，直径低于约0.03英寸的线材)或镍-钛箔时，可以使用至少2小时的等温老化时间。在等温老化具有较大横截面积的合金时，老化时间大于2小时，并且可以至少是24小时或更多。同样地，假若热处理横切面积较小的合金时，等温老化时间可以低于2小时。
此外，与热处理温度下和/或较低热处理温度下的固体溶解度极限相比较，在镍-钛合金的总组成是非常富镍时，用于获得所要求的奥氏体相变温度时，获得稳定的奥氏体相变温度所需要的时间长于一些工业用途所需要的时间。然而，本发明人发现为在非常富镍的合金中和/或在低的热处理温度下要获得稳定奥氏体相变温度所需要的时间，可以通过使用下述的分段热处理而进行减少。
更具体地说，按照本发明的一些实施方案，热处理镍-钛合金以获得基本上与所要求的奥氏体相变温度相等的稳定奥氏体相变温度，包括在第一老化温度下老化镍-钛合金，随后在第二老化温度下老化镍-钛合金，其中第一老化温度高于第二老化温度。按照该实施方案，需要选择第二老化温度，以致如上详述能获得所要求的奥氏体相变温度。也就是说，在第二老化温度下老化后，合金将具有与所要求的相变温度基本相等的稳定奥氏体相变温度，以及在第二老化温度下具有合金内组成平衡或接近平衡条件的特征。
尽管不打算受任何特殊理论的束缚，选择高于合金的第二老化温度，但低于溶线温度的第一老化温度，以提高合金内镍的起始扩散速度。之后，所要求的奥氏体相变温度可以通过在具有基本上与所要求的相变温度相等的稳定奥氏体相变温度的第二老化温度下老化镍-钛合金而获得。尽管没有必要，但在第二老化温度下老化后，镍-钛合金在TiNi相的固溶体中能具有平衡量的镍。
现参照图3，该图显示使用两段老化法老化两种镍-钛合金的奥氏体相变温度对老化时间的曲线。尽管曲线上没有指示，但在566℃下老化前，两种合金在675℃下老化24小时以提高合金中镍的起始扩散速度。之后，如图3曲线所示，两种合金在566℃下老化。从图3的曲线可见，约72小时后，可以获得稳定的As和Af温度，它们同样与合金的总组成无关。相反，合金已在一段老化法(即，只在566℃下)中等温老化，由于在该温度下镍的扩散较低且镍含量较高，为获得稳定的相变温度需要超过72小时的老化时间。
在按照本发明一些实施方案的两段老化法的一种非限制性实施例中，镍-钛合金先在600℃与800℃之间范围内的第一老化温度下等温老化，随后在500℃与600℃之间范围内的较低第二老化温度下老化。另外，尽管没有必要，但镍-钛合金能在第一老化温度下老化至少2小时，而在第二老化温度下老化至少2小时。如前所述，按照该实施方案，稳定的奥氏体相变温度可以在第二老化温度下的老化过程中获得。
所属技术领域的技术人员还理解的是，当镍-钛合金的过量镍含量减少时，富镍沉淀的成核作用的驱动力也减少。另外，假若为了获得所要求的奥氏体相变温度时，合金在接近合金溶线温度下进行热处理，用于富镍沉淀成核和成核速度的驱动力在热处理过程中将相当慢。因此，获得与所要求的奥氏体相变温度基本相等的稳定奥氏体相变温度所必须的时间，长于某些工业用途所需要的时间。然而，本发明人发现通过使用两段热处理，可以减少获得稳定奥氏体相变温度所必需的时间。更具体地说，按照本发明的一些实施方案，用于获得基本上与所要求的奥氏体相变温度相等的稳定奥氏体相变温度的热处理镍-钛合金包括，在第一老化温度下老化镍-钛合金，随后于第二老化温度下老化镍-钛合金，其中第一老化温度低于第二老化温度。
尽管不打算受任何特定理论的束缚，但所述技术领域的技术人员将理解的是，用于由过饱和TiNi相的富镍沉淀均匀成核作用的驱动力，可以通过将合金的温度降至低于合金的溶线温度而得到提高，即过冷低于合金溶线温度。这样，通过使用低于获得所要求的相变温度所必须的老化温度的第一老化温度，能提高富镍沉淀成核作用的速度。然而，一旦在第一老化温度下产生核，当老化温度提高时，通过镍的扩散则更快地出现沉淀的生长。因此，镍-钛合金在第一老化温度下老化后，镍-钛合金再在高于第一老化温度的第二老化温度下老化。更具体地说，需选择第二老化温度以致在第二老化温度下的老化过程中所获得的稳定奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。
通过使用低于第二老化温度的第一老化温度的两段老化法，已观察到可以降低获得基本上与所要求的奥氏体相变温度相等的稳定奥氏体相变温度所需要的总老化时间。在一个按本发明这种实施方案的两段老化法的特定非限制性实施例中，镍-钛合金在500℃与600℃之间范围内的第一老化温度下等温老化，随后在600℃与800℃之间范围内的第二老化温度下老化。此外，尽管没有必要，但使镍-钛合金在第一老化温度下老化至少2小时而在第二老化温度下老化至少2小时。如前所述，按照该实施方案，稳定的奥氏体相变温度在第二老化温度下的老化过程中获得。
现在将讨论处理镍-钛合金以获得所要求的相变温度范围的方法。如前所述，形状记忆合金的利用取决于合金的相变温度，以及相变温度的范围。当用于本发明时，术语“相变温度范围”意指在指定合金的指定相变的起始和最终温度间的差别(即，Af-As或Ms-Mf)。当用于本发明中时，术语“奥氏体相变温度范围”意指在指定合金的As和Af温度间的差别(即，Af-As)。此外，当有关相变温度范围用于本发明时，术语“基本上相等”意指相变温度范围彼此不超出10℃或以下。由此，尽管没有必要，但彼此基本相等的相变温度范围可以彼此相等。
尽管在此没有限制，但在某些应用中，要求狭窄的奥氏体相变温度范围。通常狭窄的奥氏体相变温度范围是在利用镍-钛合金的超弹性能的应用场合下是需要的，例如，但不限于，天线和眼镜框。而在其它应用中，希望宽的奥氏体相变温度范围。通常宽的奥氏体相变温度范围是在不同温度下要求不同程度的相变的应用场合下所要求的，例如，但不限于，温度传动装置。
再次参照图1，从该图的曲线可见，当老化时间增加时，55at.％Ni合金和52at.％Ni合金的奥氏体相变温度范围下降。例如，在675℃下老化52at.％Ni合金2小时后，合金具有约18℃的奥氏体相变温度范围，而在老化6小时后，奥氏体相变温度范围约11℃。然而，在675℃下老化24小时后，52at.％Ni合金具有低于约5℃的奥氏体相变温度范围。此外，当老化时间提高超过24小时时，这种奥氏体相变温度范围明显地不变化。同样地，在675℃下老化55at.％Ni合金2小时后，合金具有约21℃的奥氏体相变温度范围，而老化6小时后，奥氏体相变温度范围约13℃。然而，在675℃下老化24小时后，52at.％Ni合金具有低于约5℃的奥氏体相变温度。此外，当老化时间提高超过24小时时，该奥氏体相变温度范围明显地不变化。
现参照图4～6，所述附图显示含有55原子％镍的镍-钛合金所获得的三种差示扫描量热器(“DSC”)的曲线示图。图4中的DSC曲线是在650℃下等温老化2小时的55原子％镍的合金而获得的。图5中的DSC曲线是在650℃下等温老化24小时的55原子％镍合金后获得的，而图6中的DSC曲线是在650℃下等温老化216小时后的55原子％镍合金获得的。
参照图4，上面的峰，通常用40表示，代表在冷却合金时出现马氏体相变的温度范围。例如，通常如图4所示，合金的马氏体相变在Ms温度下开始，(通常以42表示)，而在Mf温度下完成，(通常以44表示)。下面的峰，通常以45表示，代表加热合金时出现奥氏体相变的温度范围。例如，如图4所示，合金的奥氏体相变在As温度下开始，(通常以47表示)，而在Af温度下完成，(通常以49表示)。
正如从图4～6中的DSC曲线所见，马氏体和奥氏体两者的相变温度范围随着在650℃下老化时间的增加而变窄。因此，例如，上面峰50(在图5中)比上面峰40(在图4中)更陡并更窄；上面峰60(在图6中)比上面峰40和上面峰50更陡并更窄。同样地，下面峰55(在图5中)比下面峰45(在图4中)更陡并更窄；下面峰65(在图6中)比下面峰45和下面峰55更陡并更窄。
如上所述，与奥氏体相变温度一起，在一些应用中要求控制奥氏体相变温度到狭窄间隔内。因此，本发明的某些实施方案提供处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的方法。更具体地说，这些方法包括在500℃与800℃间的温度范围内的炉内等温老化镍-钛合金至少2小时，其中等温老化后，镍-钛合金具有不大于15℃的奥氏体相变温度范围。尽管没有必要，但按照该非限制性实施方案，老化时间，其中取决于所要求的奥氏体温度范围可以是至少3小时，至少6小时，至少可以24小时。此外，按照该非限制性实施方案，等温老化后所获得的奥氏体相变温度范围，取决于等温老化的条件可以不大于10℃，并且可以不大于6℃。
此外，如前所述，镍-钛合金在固化过程中可在组成上偏析。因此，本发明的各种实施方案也企图处理包含大于50到55原子％镍的变化组成的区域的镍-钛合金的方法，致使各区具有所要求的奥氏体相变温度范围。按照这些实施方案，所述方法包括等温老化镍-钛合金以调节镍-钛合金的各区域内的TiNi相的固溶体中的镍含量，其中在等温老化镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域均具有不大于15℃的奥氏体相变温度。尽管没有必要，但按照该非限制性实施方案，老化时间取决于奥氏体相变温度是至少2小时，至少3小时，至少6小时，尤其是，可以至少是24小时。此外，按照该非限制性实施方案，等温老化后所获得的奥氏体相变温度范围取决于等温老化的条件可以不大于10℃，不大于6℃。
同样如上所述，除奥氏体相变温度外，在某些用途中要求控制奥氏体相变温度范围到宽范围内。因此，本发明的某些实施方案提供处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度和所要求的相变温度范围的方法。更具体地，该方法包括在第一老化温度下的炉内老化镍-钛合金以获得稳定的奥氏体相变温度，随后在低于第一老化温度的第二老化温度下老化镍-钛合金，其中在第二老化温度下老化镍-钛合金后，镍-钛合金具有基本上与所要求的奥氏体相变温度范围相等的奥氏体相变温度范围。此外，按照该非限制性实施方案，在第二老化温度下老化时所获得的相变温度范围大于在第一老化温度下老化镍-钛合金时所获得的奥氏体相变温度。
在本发明的另一非限制性实施方案中，处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以获得所要求的相变温度范围的方法，包括在第一老化温度下的炉内老化镍-钛合金以获得稳定的奥氏体相变温度，随后在高于第一老化温度的第二老化温度下老化镍-钛合金，其中在第二老化温度下老化后，镍-钛合金具有基本上与所要求的奥氏体相变温度范围相等的奥氏体相变温度范围。此外，按照该非限制性实施方案，在第二老化温度下老化时所获得的相变温度范围大于在第一老化温度下老化镍-钛合金时所获得的奥氏体相变温度。
本发明的各种实施方案将通过下面、非限制性实施例加以说明。
                         实施例
实施例1
两种镍-钛合金，一种含有约52原子％的镍，而另一种含有约55原子％的镍，按下制备。称量各合金所必需的合金化添加物的纯镍和钛，并转移至真空电弧再熔炉。然后熔化合金并随后浇铸成矩形扁坯。浇铸后，对各镍-钛合金进行热加工以精制为细晶粒结构。在任何老化处理前试图进行测量合金的奥氏体相变温度(As和Af)。然而，由于合金呈组成上偏析，所以无法测量奥氏体相变温度。之后，使各合金的样品在示于表1中的时间和温度在炉内进行等温老化。
在各老化时间范围后，使用弯曲自由回复试验(bend free recovery test)测量各合金的奥氏体相变温度，如下进行。开始将待检验的扁平样品通过于液氮中浸渍样品而冷却至约-196℃的温度(即，低于合金的Ms)。之后，用芯棒使样品变形成为倒的“U”型，再浸入液氮中冷却。按照下列方程式选择芯棒的直径：
Dm＝T/ε-T
式中Dm是芯棒的直径，T是样品的厚度，ε是所要求的％应变，这里，为3％。之后，将具有倒“U”型的样品在线性可变差示变压器(“LVDT”)探针下直接放入甲醇和液氮的浴中，其温度低于合金拟似As的约10℃。使用加热板加热盛有样品和LVDT探针的浴。当样品在浴中加热时，一旦样品的温度达到合金的As温度，它开始转回到它的起始形状(即，扁平)。在合金的Af温度下完成转化到开始的扁平形状。当样品受热时使用LVDT探针收集相应于有关样品位移的数据并把数据存储于计算机中。然后画出位移对温度的曲线并基于曲线拐点的近似值测量As和Af温度。特别是，相当于曲线图三个区的三种线性回归-配合线(regression-fit lines)的交点，即，位移对温度的曲线具有较小斜度时的低温和高温区，和曲线具有较大斜度时的中间区，以用于样品的近似As和Af温度。
                                    表1
  等温老化温度   老化时间             52at.％Ni                55at.％Ni
  ℃   小时   As   Af   奥氏体相变温度范围   As   Af   奥氏体相变温度范围
  675   2   -49   -31   18   -22   -1   21
  6   -28   -17   11   -9   4   13
  24   -18   -14   4   -12   -9   3
  72   -26   -21   5   -20   -16   4
  216   -21   -17   4   -16   -11   5
  650   2   -88   -56   32   -12   7   19
  6   -13   4   17   4   10   6
  24   0   5   5   5   7   2
  72   3   7   4   6   10   4
  216   10   12   2   11   17   6
如从表1所见，通过任何一种合金老化24小时可以获得稳定的奥氏体相变温度(As和Af)，(即，在675℃下老化24小时后在同样条件下再热处理镍-钛合金8小时，各种合金的As和Af偏离不大于10℃)。此外，于675℃下老化24小时后所获得的稳定奥氏体相变温度同样不受镍-钛合金总组成的制约。也就是说，在675℃下热处理合金24小时后，55at.％Ni合金的As在52at.％Ni合金的As的10℃内；而在675℃下热处理合金24小时后，55at.％Ni合金的Af不超出52at.％Ni合金的Af的10℃。相信在675℃下老化72小时后所观察到的As和Af的下降是没有代表性的，并且可归因于老化过程中炉温的波动。
比较起来，尽管好象在675℃下老化合金6小时后，52at.％Ni合金的As和Af和55at.％Ni合金的As是稳定的，但是奥氏体相变温度受总组成的制约。此外，在675℃下老化2小时后，两种合金的奥氏体相变温度既不稳定，也受总组成的制约。
两种合金的稳定的奥氏体相变温度(As和Af两者)还可通过650℃下老化合金24小时获得，(即，在650℃下老化约24小时后再在同样条件下热处理镍-钛合金8小时，各合金的As和Af偏离不大于10℃)。此外，在650℃下老化24小时后所获得的稳定奥氏体相变温度同样与镍-钛合金的总组成无关。也就是说，在650℃下热处理合金24小时后55at.％Ni合金的As不超出52at.％Ni合金As的10℃；而在650℃下热处理合金24小时后55at.％Ni合金的Af不超出52at.％Ni合金Af的10℃。
比较起来，尽管在650℃下老化合金约6小时后52at.％Ni合金的Af和55at.％Ni合金的As和Af好象是稳定的，但奥氏体起始温度与总组成有关。此外，在650℃下老化约2小时后，仅55at.％Ni合金的Af似乎是稳定的，但是合金的As或Af都不受合金的总组成的制约。
尽管在此没有限制，但是认为55at.％Ni合金在老化前在TiNi相的固溶体中的镍的起始量对比52at.％Ni合金更接近于在650℃下TiNi相的镍的固体溶解度极限。因此，为获得55at.％Ni合金的稳定奥氏体相变温度所必须的650℃下的老化时间低于52at.％Ni合金的相应时间。然而，如表1所示，既稳定又与总组成无关的奥氏体相变温度可通过在650℃下老化合金24小时而获得。由此，同样的热处理可以用于两种合金而不考虑合金的起始条件。
此外，如表1所示，在675℃下老化镍-钛合金24小时后所获得的稳定奥氏体相变温度(As和Af)，低于650℃下老化镍-钛合金24小时后所获得的稳定相变温度。尽管无意受任何特定理论的束缚，但如前所述，认为这归因于TiNi相中的镍在675℃下和650℃下的固体溶解度极限不同。换句话说，在675℃下镍在TiNi相的固溶体中具有平衡量的镍-钛合金的特征性奥氏体相变温度，低于650℃下镍在TiNi相的固溶体中的具有平衡量的镍-钛合金的特征性奥氏体相变温度。
因此，如表1所示，两种合金的奥氏体相变温度范围通常倾向于随着指定老化温度下的老化时间的增加而变窄。
实施例2
按上面实施例1制备的两种合金的另外样品，使用下列两段老化工艺进行老化。所述合金先在约675℃的第一老化温度下老化24小时，随后在如下面表2所示第二老化温度下老化。在各老化时间间隔后，使用上述实施例1所说明的弯曲自由回复试验测定各合金的奥氏体相变温度。
                                 表2
  第二老化温度   老化时间           52at.％Ni              55at.％Ni
  ℃   小时   As   Af   奥氏体相变温度范围   As   Af   奥氏体相变温度范围
  600   2   11   26   15   27   35   8
  6   19   31   12   33   37   4
  24   30   38   8   33   43   10
  72   35   39   4   36   48   12
  168   36   43   7   35   44   9
  566   2   -2   10   12   33   44   11
  6   11   37   26   43   51   8
  24   45   58   13   57   62   5
  72   56   64   8   58   61   3
  168   58   64   6   57   62   5
从表2可见，通过在600℃的第二老化温度下老化任何一种合金24小时，可以获得稳定的奥氏体相变温度(As和Af两者)，(即，在600℃下老化24小时后在相同的条件下热处理镍-钛合金另外8小时，各合金的As和Af偏离不大于10℃)。此外，在600℃的第二老化温度下老化24小时后所获得的稳定的奥氏体相变温度同样不受镍-钛合金总组成的制约。也就是说，在600℃的第二老化温度下热处理合金24小时后，55at.％Ni合金的As不超出52at.％Ni合金As的10℃；在600℃的第二老化温度下热处理合金24小时后，55at.％Ni合金的Af不超出52at.％Ni合金Af的10℃；
比较起来，尽管在600℃的第二老化温度下老化合金6小时后，52at.％Ni合金的Af和55at.％Ni合金的As似乎和Af都是稳定的，但奥氏体起始温度不是不受总组成的制约。此外，在600℃的第二老化温度下老化2小时后，52at.％Ni合金的As或Af都是不稳定的，并且奥氏体起始温度与总组成有关。
尽管在此没有限制，但认为在第二老化温度下老化之前55at.％Ni合金的TiNi相的固溶体中的镍量比52at.％Ni合金更接近于镍在600℃下的TiNi相的固体溶解度极限。因此，为获得55at.％Ni合金的稳定奥氏体相变温度，在600℃下所必须的老化时间低于52at.％Ni合金。然而，如表2所示，通过在600℃下老化合金24小时可以获得稳定且与总组成无关的奥氏体相变温度。因此，对两种合金可以使用同样的热处理而可不考虑合金的起始条件。
从表2可见，通过在566℃的第二老化温度下老化任何一种合金72小时，都可以获得稳定的奥氏体相变温度(As和Af两者)(即，在566℃下老化72小时后在相同条件下热处理镍-钛合金另外8小时，的各合金的As和Af偏离不大于10℃)。此外，在566℃的第二老化温度下老化72小时后所获得的稳定奥氏体相变温度同样不受镍-钛合金总组成的制约。也就是说，在566℃的第二老化温度下热处理合金72小时后，55at.％Ni合金的As不超出52at.％Ni合金As的10℃；而在566℃的第二老化温度下热处理合金72小时后，55at.％Ni合金的Af不超出52at.％Ni合金Af的10℃。
比较起来，尽管好象在566℃的第二老化温度下老化合金24小时后，52at.％Ni合金的Af和55at.％Ni合金的As和Af似乎都是稳定的，但奥氏体起始温度受总组成的制约。此外，在566℃的第二老化温度下老化2～6小时，奥氏体相变温度既不稳定又与总组成有关。
此外，如表2所示，于600℃下老化镍-钛合金24小时后所获得的稳定奥氏体相变温度(As和Af两者)，低于在566℃下老化镍-钛合金24小时后所获得的稳定奥氏体相变温度。尽管无意受任何特定理论的束缚，但如前所述，认为这归因于600℃下与566℃下相比较TiNi相中的镍的固体溶解度极限不同。换句话说，在600℃下TiNi相的固溶体中具有平衡量镍的镍-钛合金的特征奥氏体相变温度，低于在566℃下TiNi相的固溶体中具有平衡量镍的镍-钛合金的特征奥氏体相变温度。
此外，如表2所示，通常在指定的老化温度下两种合金的奥氏体相变温度倾向于随着老化时间的增长而变窄。如前有关奥氏体相变温度的讨论，认为在600℃下老化的55at.％Ni合金的奥氏体相变温度范围波动较小，这归因于合金具有接近600℃下老化前的固体溶解度极限的在TiNi相的固溶体中的镍量的合金。
应当理解的是本说明书说明了有关要清楚理解本发明的发明各个方面。对于所属技术领域的技术人员是显而易见的，因此，无助于更好理解本发明的发明一些方面，为简化本说明书起见，不予以陈述。尽管本发明结合一些实施方案进行说明，但属于现有技术的一般技术的那些，考虑前面的说明，将认识到可以应用许多改进方案和变更方案。所有本发明的这些变更方案和改进方案都为前面的说明和下面的权利要求书所覆盖。

Claims (45)

1.一种处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的方法，该法包括：
选择所要求的奥氏体相变温度；和热处理镍-钛合金以调节合金的TiNi相的固溶体中的镍量，致使在热处理镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，其中稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。
2.按权利要求1所述的方法，其中镍-钛合金含有足以在热处理镍-钛合金过程中达到固体溶解度极限的镍。
3.按权利要求1所述的方法，其中所要求的奥氏体相变温度范围在-100℃与100℃之间。
4.按权利要求1所述的方法，其中在热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的稳定奥氏体相变温度不受镍-钛合金总组成的制约。
5.按权利要求1所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金。
6.按权利要求5所述的方法，其中镍-钛合金是在500℃～800℃的温度下等温老化。
7.按权利要求1所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金至少2小时。
8.按权利要求1所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金至少24小时。
9.按权利要求1所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括在第一老化温度下老化镍-钛合金并随后于第二老化温度下老化镍-钛合金，第一老化温度高于第二老化温度。
10.按权利要求9所述的方法，其中第一老化温度在600℃与800℃之间变化，而第二老化温度在500℃与600℃之间变化。
11.按权利要求9所述的方法，其中镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
12.按权利要求1所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括在第一老化温度下老化镍-钛合金和随后在第二老化温度下老化镍-钛合金，第一老化温度低于第二老化温度。
13.按权利要求12所述的方法，其中第一老化温度在500℃与600℃之间变化，而第二老化温度在600℃与800℃之间变化。
14.按权利要求12所述的方法，其中镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
15.按权利要求1所述的方法，其中镍-钛合金是二元镍-钛合金。
16.按权利要求1所述的方法，其中镍-钛合金进一步包含至少一种另外的合金元素。
17.按权利要求16所述的方法，其中至少一种另外的合金元素选自铜、铁和铪。
18.一种处理镍-钛合金以提供所要求的奥氏体相变温度的方法，该法包括：
选择含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金；
选择所要求的奥氏体相变温度；和热处理所选择的镍-钛合金以调节合金的TiNi相的固溶体中的镍量，致使在热处理所选择的镍-钛合金的过程中获得稳定的奥氏体相变温度，稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等；以及
其中所选择的镍-钛合金含有足以在热处理所选择的镍-钛合金过程中达到固体溶解度极限的镍量。
19.按权利要求18所述的方法，其中热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的稳定奥氏体相变温度不受镍-钛合金总组成的制约。
20.一种处理至少两种具有大于50到55原子％镍的变化组分的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度的方法，该法包括：
选择所要求的奥氏体相变温度；和使镍-钛合金经受类似的热处理致使热处理后，镍-钛合金具有稳定的奥氏体相变温度，该稳定的奥氏体相变温度与所要求的奥氏体相变温度基本相等。
21.按权利要求20所述的方法，其中至少两种镍-钛合金含有足以在热处理中达到固体溶解度极限的镍量。
22.按权利要求20所述的方法，其中热处理至少两种镍-钛合金包括等温老化至少两种镍-钛合金。
23.按权利要求20所述的方法，其中热处理至少两种镍-钛合金包括在第一老化温度下老化至少两种镍-钛合金，随后在第二老化温度下老化至少两种镍-钛合金，第一老化温度高于第二老化温度。
24.按权利要求23所述的方法，其中至少两种镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
25.按权利要求20所述的方法，其中热处理至少两种镍-钛合金包括在第一老化温度下老化至少两种镍-钛合金，随后在第二老化温度下老化至少两种镍-钛合金，第一老化温度低于第二老化温度。
26.按权利要求25所述的方法，其中至少两种镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
27.一种处理包含大于50到55原子％镍可变组分区域的镍-钛合金致使各区域具有所要求的奥氏体相变温度的方法，该法包括：
热处理镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内的TiNi相的固溶体中的镍量，
其中热处理镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域具有与所要求的奥氏体相变温度基本相等的稳定奥氏体相变温度。
28.按权利要求27所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括等温老化镍-钛合金。
29.按权利要求27所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括在第一老化温度下老化镍-钛合金，随后在第二老化温度下老化镍-钛合金，第一老化温度高于第二老化温度。
30.按权利要求29所述的方法，其中镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
31.按权利要求27所述的方法，其中热处理镍-钛合金包括在第一老化温度下老化镍-钛合金，随后在第二老化温度下老化镍-钛合金，第一老化温度低于第二老化温度。
32.按权利要求31所述的方法，其中镍-钛合金在第二老化温度下的老化过程中获得稳定的奥氏体相变温度。
33.一种处理含有大于50到55原子％镍的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的方法，该法包括于在500℃与800℃之间的温度变化的炉内等温老化镍-钛合金至少2小时，其中老化后镍-钛合金具有不大于15℃的奥氏体相变温度范围。
34.按权利要求33所述的方法，其中老化后奥氏体相变温度范围不大于10℃。
35.按权利要求33所述的方法，其中老化后奥氏体相变温度范围不大于6℃。
36.按权利要求33所述的方法，其中镍-钛合金是二元镍-钛合金。
37.按权利要求33所述的方法，其中镍-钛合金进一步含有至少一种另外的合金元素。
38.按权利要求37所述的方法，其中至少一种另外的合金元素选自铜、铁和铪。
39.一种处理包含大于50到55原子％镍可变组分区域的镍-钛合金致使各区域具有所要求的奥氏体相变温度范围的方法，该法包括：
等温老化镍-钛合金以调节镍-钛合金各区域内的TiNi相的固溶体中的镍量，
其中等温老化镍-钛合金后，镍-钛合金的各区域内具有不大于15℃的奥氏体相变温度范围。
40.按权利要求39所述的方法，其中老化后奥氏体相变温度范围不大于10℃。
41.按权利要求39所述的方法，其中老化后奥氏体相变温度范围不大于6℃。
42.一种处理包含大于50到55原子％镍的镍-钛合金以获得所要求的奥氏体相变温度范围的方法，该法包括：
在第一老化温度的炉内老化镍-钛合金以获得稳定的奥氏体相变温度；和在不同于第一老化温度的第二老化温度下老化镍-钛合金，其中在第二老化温度下老化后，镍-钛合金具有与所要求的相变温度范围基本相等的奥氏体相变温度范围。
43.按权利要求42所述的方法，其中第二老化温度低于第一老化温度。
44.按权利要求42所述的方法，其中第二老化温度高于第一老化温度。
45.按权利要求42所述的方法，其中在第二老化温度下老化镍-钛合金后所获得的奥氏体相变温度高于在第一老化温度下老化镍-钛合金后所获得的奥氏体相变温度范围。
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