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国家标准计划《超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口上报,TC243SC3(全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会

主要起草单位 西安思维金属材料有限公司等

目录

基础信息

计划号
20192049-T-610
制修订
制订
项目周期
24个月
下达日期
2019-07-12
申报日期
2018-06-06
公示开始日期
2019-01-03
公示截止日期
2019-01-18
标准类别
产品
国际标准分类号
77.150.50
77 冶金
77.150 有色金属产品
77.150.50 钛产品
归口单位
全国有色金属标准化技术委员会
执行单位
全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分会
主管部门
中国有色金属工业协会

起草单位

目的意义

钛镍合金是一种新型的多功能材料,具有奇特的形状记忆效应、超弹性和高阻尼等特性。

同时,钛镍形状记忆合金还具有优良的生物相容性和力学相容性,也是一种较理想的医用生物工程材料。

随着技术开发、应用开发的不断深入,钛镍合金材料的应用已遍及电子、机械、宇航、能源、运输、建筑、家电、医疗卫生及生活日用品等各个领域。

钛镍合金在Af ~Md相变温度区间,在外力作用下,可发生应力诱发马氏体相变,产生良好的非线性超弹性。

将钛镍合金丝材加热到远大于Md温度(应力诱发马氏体极限温度)以上,同时施加一定的张力,使丝材在张力(张应力略大于热态下丝材的屈服强度)下发生塑性变形,变直;丝材离开加热区后快速冷却到Md温度以下,成盘状时丝材已完成应力诱发马氏体相变引起弹性变形,卸载后材料不再发生塑性变形。

钛镍合金的热弹性马氏体相变、应力诱发马氏体相变的综合运用下,通过张力热处理处理后的丝材,热处理的作用使得丝材具有良好的超弹性,张力的作用使得展开后能自动恢复热矫直时所获得的直线度,而具有良好的直线度也是产品使用的基本要求。

形状记忆合金可以出现形状记忆效应或超弹性。

至于出现哪种现象,取决于合金的马氏体可逆转变为母相的开始温度As或结束温度Af与应力作用的温度和所处变形温度。

形状记忆效应和超弹性(相变伪弹性)两种现象的本质是相同的。

对于同一成分的合金,由于应力作用的温度、所处变形的温度和合金的最初状态(马氏体或母相)的不同,图3表示了记忆合金的形状记忆效应和相变伪弹性的出现条件,即形状记忆合金和相变伪弹性温度和应力范围以及滑移变形临界应力之间的关系。

因此从原理上来说,记忆合金都可能出现相变伪弹性。

自As以下加热至Af以上可出现形状记忆效应,而超弹性出现在Af以上,这时如果没有应力作用,马氏体是不稳定的。

在As~Af温度范围内,两者部分出现。

出现形状记忆效应和相变伪弹性最根本的条件是马氏体相变的晶体学可逆性及避免在变形时出现滑移,形状记忆效应和超弹性是钛镍合金材料的基本属性,而环境温度的变化是体现形状记忆效应和超弹性作用的基本参数。

目前国内钛镍合金的规模化生产还处于发展阶段,产业规模不大,与国际相关生产技术相比还有一定的差距。

在钛镍合金的熔炼技术方面,美国、日本已走在了世界的前列,例如美国WahChang公司可以生产单锭重量达3吨的钛镍合金铸锭。

国内一般采用25kg或50kg真空中频感应炉生产铸锭,存在的问题是铸锭规格小、效率低、杂质含量高,产品的成品率仅为50%左右,不适合规模化生产。

国外钛镍合金生产广泛采用将大规格铸锭通过挤压方法生产棒坯料,然后再轧制拉拔成棒丝材的工艺,其先进的生产线主要是采用了连续式高速轧机,精轧采用三辊、四辊定径轧机等,生产线产能较大,但设备复杂,投资较大。

我国钛镍合金棒丝材普遍采用与普通钛合金相似的加工工艺,即铸锭锻造开坯后轧制、旋锻、拉拔的工艺,生产规模普遍较小,经济效益低,产品质量和精度与国际先进水平有较大差距,缺乏竞争力。

近年来,我国钛镍材料的民用市场发展迅猛。

2017年钛镍材料的需求量约为1000~1200吨,预计在3~5年内,将达到2000吨的规模。

目前,钛镍合金棒丝材主要产品为外科植入、眼镜架和通信天线用超弹性丝材、医用细丝及其延伸产品(如牙齿矫形丝、内支架、手术缝合线等)等,发展潜力巨大。

本标准的制订有利于钛镍形状记忆材料领域的技术创新,形成拥有自主知识产权的新兴产业,促进钛镍材料的产业化建设,增强我国钛镍材料及其产品的国际竞争力,开拓并占领国际市场。

钛镍材料的产业化,将加快国内相关传统产业和产品结构的调整,带动相关高新技术产业的发展,产生许多新的经济增长点,促进国民经济的发展。

本标准产品属于《中国制造2025》十大发展重点中的绿色制造工程-新材料-金属功能材料范畴。

本产品标准依托国家重点研发计划“新材料领域先进功能材料关键技术标准研究”(2017YFF0208500)的子课题“先进金属功能材料领域关键技术标准研究” (2017YFF0208501)进行前期调研、标准起草等工作。

目前超弹性钛镍形状记忆合金合金棒、丝材无国家标准,本标准充分考虑了我国钛镍合金企业生产体系和工艺技术水平状况,以及钛镍合金功能材料的发展要求制定此标准,以规范产品生产与使用。

标准发布执行后,将引导下游企业高效使用配套的钛镍合金产品,能够促进钛镍合金企业的有序竞争,对钛镍合金功能材料的发展有着重要的指导作用。

范围和主要技术内容

本标准适用于制作外科植入物、眼镜架、矫形丝、导引丝、通信天线等用途的圆形和矩形钛镍形状记忆合金棒、丝材。 本标准规定了超弹性钛镍形状记忆合金棒、丝材的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及订货单(或合同)内容。

涉及的产品清单

本标准涉及制作外科植入物、眼镜架、矫形丝、导引丝、通信天线等用途的圆形和矩形钛镍形状记忆合金棒、丝材。

国家级科研专项支撑

国家重点研发计划“新材料领域先进功能材料关键技术标准研究”(2017YFF0208500)