新型高硬度镍钛基合金

2021-07-19

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行业分类: -
战略性新兴产业分类: -
项目来源: 云孵
项目所处阶段: -
技术领域: 新材料

项目简介:

在航空、航天、机械、石油、化工、电力、海洋等装备制造业中,存在大量耐摩擦磨损的金属机械零部件,比如轴承或齿轮等。这些金属零部件需要具有高硬度、高强度、耐摩擦磨损性能,以及优良的耐腐蚀性能等。现有高硬度轴承及齿轮材料多采用高弹模、硬质合金以提高其耐磨性及延长使用寿命,如常用的GCr15、M50钢等。然而高弹模、硬质合金在负载情况下,可恢复应变通常小于1%,一旦轴承服役瞬态局部点遭遇过载冲击,轴承在循环高接触压力下易发生破坏性的布氏压痕、表面疲劳剥落等状况,引起轴承及齿轮失效。
研究发现,低弹模、高硬度材质比传统高硬度、高弹模材料具有更高的耐过载损伤及更长的磨损寿命。高硬度镍钛基合金是一种富Ni的合金(Ni>52at%),具有高硬度、低弹模特性。目前制约高硬度镍钛基合金应用的因素是其存在热处理淬裂,及服役过程组织退化导致硬度大幅度下降等问题。高硬度镍钛基合金的主要强化相为Ni4Ti3相,但随着时效温度升高和时效时间延长,亚稳的Ni4Ti3相会发生长大分解为Ni3Ti2相和Ni3Ti相,从而合金硬度下降。因而高硬度镍钛基合金目前的最高使用温度为400℃,这也限制了其在工业中的应用。因此,虽然高硬度镍钛基合金具有较大的成为优秀轴承材料的潜力,但目前还需要进一步改善其性能。针对上述问题,本成果开发一种新型高硬度镍钛基合金。

技术/产品创新性:

相对于现有技术的优点在于:1.合金成分的设计,首先,在富镍的Ni-Ti二元合金体系基础上,分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ti位的Al、Nb、Hf、Ta、Zr、Mo、Co元素,及其组合的合金组分体系,以增加镍钛基合金的热稳定性和应用温度,进一步提高硬度等性能。其次,在二元合金体系的基础上,分别设计了加入取代Ni-Ti合金中Ni位的V、Cu、Hf、Fe、Cr元素,及其组合的合金组分体系,以提高镍钛基合金的韧性和加工性能。再者,在二元合金体系的基础上,分别设计了加入同时取代Ni-Ti合金中Ni和Ti位的上述合金元素,及其组合的合金组分体系,以达到综合性能的最佳匹配。针对上述各合金化元素,通过计算、设计及实验,研究分析了相关组织,对合金元素的强化机理,尤其是多元合金元素的复合强化机理进行了研究和验证,得到了不同合金化元素的合理含量。2.在上述合金组分设计的基础上,进一步通过合金化方法,调整镍钛基合金中主要的Ni4Ti3纳米强化相的形态、尺寸、分布及体积分数,并调整镍钛基合金的热处理工艺窗口,进一步的优化性能。与传统的高硬度高弹模材料相比较,高硬度镍钛基合金具有高弹性低模量的特点,可承受更高的载荷和磨损寿命。除此之外,富镍的镍钛基合金具有密度低、无磁性、耐腐蚀等优良特性,显著优于传统的轴承钢等耐摩擦磨损零部件。

知识产权情况:

获国家发明专利

行业情况:

市场情况:

与传统的高硬度高弹模材料相比较,高硬度镍钛基合金具有高弹性低模量的特点,可承受更高的载荷和磨损寿命。除此之外,富镍的镍钛基合金具有密度低、无磁性、耐腐蚀等优良特性,显著优于传统的轴承钢等耐摩擦磨损零部件。

项目团队情况:





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