Proses pengeluaran musim bunga nikel-titanium

Ni-ti Springs adalah komponen fungsional yang dihasilkan berdasarkan sifat-sifat aloi memori bentuk nikel-titanium (SMA). Mereka digunakan secara meluas dalam bidang perubatan, aeroangkasa, elektronik, dan bidang lain. Proses pengeluaran memerlukan kawalan ketat komposisi, mikrostruktur, dan sifat mekanikal. Proses teras berpusat di sekitar lima langkah utama: Penyediaan Bahan - Pembentukan - Rawatan Haba - Pemprosesan Post - Ujian Prestasi. Proses khusus dan teknologi utama adalah seperti berikut:

Penyediaan Bahan Mentah Teras: Rod Alloy Nickel-Titanium/Penyediaan Kawat

Prestasi teras mata air nikel-titanium bergantung kepada keseragaman komposisi aloi nikel-titanium (kandungan nikel biasanya 50.5% hingga 51.2% (nisbah atom) dan mesti dikawal dengan tepat untuk memastikan memori dan superelastik). Tahap ini adalah asas proses.

Bahan mentah yang berkadar dan lebur

Bahan mentah yang berkekalan tinggi digunakan: titanium sponge (kesucian ≥99.7%) dan nikel elektrolitik (kesucian ≥99.9%). Komposisi yang direka adalah tepat (toleransi mesti berada dalam ± 0.1% nisbah atom untuk mengelakkan hanyutan suhu peralihan fasa yang disebabkan oleh sisihan kandungan nikel).

Proses lebur: Peleburan induksi vakum (VIM) atau vakum arka vakum (VAR) adalah kaedah arus perdana. Satu atau dua langkah ingatan menghilangkan pemisahan komponen, menghasilkan aloi master nikel-titanium seragam (biasanya 50-150 mm diameter).

Kawalan Utama: Vakum lebur mestilah ≥1 × 10⁻³pa ​​untuk mengelakkan pengoksidaan aloi; Kadar penyejukan mesti dikawal pada 50-100 ° C/min untuk mengelakkan pembentukan struktur pemutus kasar.

Pemprosesan Plastik: Membuat Rod/Kabel Alloy

Aloi nikel-titanium mempamerkan keplastikan yang lemah pada suhu bilik, yang memerlukan kombinasi kerja panas dan sejuk bekerja untuk menghasilkan kekosongan musim bunga (batang atau wayar, dengan diameter yang ditentukan oleh spesifikasi musim bunga.

Hot Forging/Hot Rolling: Ingot aloi dipanaskan hingga 800-950 ° C (di rantau fasa β, fasa stabil suhu tinggi aloi nikel-titanium). Penempaan atau rolling kemudian dilakukan ke dalam rod dengan diameter 20-50mm, memecahkan struktur pelakon dan menyempurnakan saiz bijian.

Lukisan sejuk/rolling sejuk: Batang yang dipancarkan panas secara beransur-ansur ditarik sejuk (atau sejuk) ke diameter sasaran, dengan setiap ubah bentuk dikawal hingga 5% -15% (untuk mengelakkan keretakan rapuh yang disebabkan oleh ubah bentuk tunggal yang berlebihan). Annealing pertengahan (700-800 ° C, 10-30 minit) dilakukan di antara kedua-dua peringkat untuk menghapuskan pengerasan kerja dan memulihkan keplastikan.

Rawatan Permukaan: Selepas bekerja sejuk, acar (campuran asid nitrik dan asid hidrofluorik) dilakukan untuk menghilangkan skala oksida permukaan dan memastikan kemasan permukaan licin (Ra ≤ 0.8μm) untuk mengelakkan kepekatan tekanan semasa pembentukan berikutnya.

Pembentukan musim bunga: Pembuatan bentuk teras

Proses pembentukan yang berbeza dipilih berdasarkan struktur musim bunga (mampatan, ketegangan, kilasan) dan keperluan ketepatan. Kuncinya adalah untuk memastikan geometri musim bunga yang stabil dan mencegah ubah bentuk yang ketara selepas rawatan haba berikutnya.

Penggulungan (proses arus perdana)

Peralatan: Mesin penggulungan musim bunga CNC digunakan, yang tepat mengawal kelajuan penggulungan (50-200 rpm), padang (0.1-5mm), dan bilangan giliran (1-100). Ia sesuai untuk mata air biasa, seperti bentuk silinder dan kerucut.

Acuan: Mandrel dipilih berdasarkan diameter dalaman musim bunga (kebanyakannya diperbuat daripada keluli berkelajuan tinggi atau karbida untuk mengelakkan lekatan dengan aloi nikel-titanium). Semasa penggulungan, kelajuan mandrel mesti sepadan dengan kelajuan suapan dawai untuk mengelakkan gegelung longgar atau bertindih.

Parameter utama: Ketegangan penggulungan dikawal antara 10 dan 50 MPa (diselaraskan mengikut diameter wayar) untuk mengelakkan ketegangan yang berlebihan yang boleh mengeras sejuk yang berlebihan dan menjejaskan keputusan rawatan haba berikutnya.

Proses pembentukan khas (struktur kompleks)

Untuk mata air berbentuk khas (seperti diameter berubah-ubah dan mata air yang berubah-ubah), pemotongan laser digunakan (pertama, lembaran aloi nikel-titanium/tiub diproses menjadi kosong, dan kemudian bentuk musim bunga dipotong menggunakan laser serat, dengan ketepatan ± 0.01mm).

Mikro (seperti yang digunakan dalam stent vaskular perubatan) dihasilkan menggunakan mikro-elektroforming atau suntikan ketepatan suntikan (yang memerlukan kosong metalurgi serbuk nikel-titanium), tetapi ini lebih mahal dan sesuai untuk aplikasi ketepatan tinggi.

Rawatan Haba Kunci: Menyediakan Bentuk Memori/Superelasticity

Ciri-ciri teras mata air nikel-titanium (kesan memori bentuk, superelasticity, suhu peralihan fasa) dicapai melalui rawatan haba. Tahap ini adalah teras proses dan memerlukan kawalan ketat suhu, masa pegangan, dan kadar penyejukan.

Rawatan Penyelesaian: Melegakan tekanan dalaman homogenisasi komposisi

Tujuan: Menghapuskan tekanan dalaman yang dihasilkan semasa kerja sejuk dan memastikan pengagihan seragam unsur -unsur aloi (Ni dan Ti), meletakkan asas untuk rawatan penuaan berikutnya.

Parameter proses: Pemanasan hingga 900-1050 ° C (rantau fasa β), memegang selama 10-60 minit (diselaraskan berdasarkan saiz bilet, masa pegangan yang lebih pendek untuk wayar dan masa yang lebih panjang untuk rod), diikuti oleh pelindapkejutan air (kadar penyejukan ≥100 ° C/s) untuk mencegah penguraian fasa β ke fasa TIβ ke dalam fasa Ti β ke dalam fasa Ti₂n

Rawatan Penuaan: Mengawal suhu peralihan fasa dan sifat mekanikal

Tujuan: Melalui penuaan, fasa sekunder yang halus (seperti ti₂ni) dicetuskan, menyesuaikan suhu peralihan fasa aloi (AF: suhu penamat austenit, biasanya dikawal antara -50 ° C dan 100 ° C, bergantung kepada aplikasi;

Parameter proses: Pemanasan hingga 400-550 ° C (α 'β dual-fasa), memegang selama 30-180 minit, diikuti oleh penyejukan udara atau relau (kadar penyejukan mempengaruhi saiz fasa yang dicetuskan; penyejukan udara menghasilkan precipitates yang lebih baik dan kekuatan yang lebih tinggi).

Contoh: Sekiranya musim bunga menunjukkan superelastik pada suhu bilik, suhu AF harus dikawal di bawah suhu bilik (mis., AF = -10 ° C); Sekiranya "kesan memori suhu ubah bentuk rendah"

Membentuk: Memperbaiki geometri musim bunga

Selepas penggulungan, musim bunga mengalami pembentukan suhu rendah dalam acuan yang membentuk (biasanya pada 150-300 ° C selama 10-30 minit). Ini adalah untuk menetapkan parameter geometri musim bunga, seperti padang dan jumlah giliran, untuk mengelakkan rayapan semasa penggunaan berikutnya. Ini terutamanya terpakai kepada mata air perubatan ketepatan.

Pemprosesan Pasca: Meningkatkan ketepatan dan kualiti permukaan

Tahap ini terutamanya menangani penyimpangan ketepatan dan kecacatan permukaan selepas membentuk dan rawatan haba, memastikan musim bunga memenuhi keperluan pemasangan dan operasi.

Pemangkasan dan penamat akhir

Selepas penggulungan, hujung musim bunga mungkin mempunyai burrs atau ketidaksamaan. Ini memerlukan pemangkasan menggunakan pemotongan roda pengisaran ketepatan (untuk mata air rod) atau pemangkasan laser (untuk mata air wayar) untuk memastikan kebosanan permukaan akhir (kesilapan serenjang ≤ 0.5 °) sambil mengekalkan ralat ketinggian bebas musim bunga dalam ± 0.1mm.

Pengukuhan dan perlindungan permukaan

Penggilap permukaan: Penggilap elektrokimia (menggunakan campuran asid fosforik dan asid sulfurik sebagai elektrolit) atau penggilap mekanikal (menggunakan roda pengisaran berlian) digunakan untuk mengurangkan kekasaran permukaan ke ra ≤ 0.2μm, meminimumkan haus pada bahagian sentuhan semasa digunakan (contohnya, spring perubatan mesti mengelakkan tisu manusia yang menggaru).

Salutan anti-karat: Jika digunakan dalam persekitaran yang menghakis (seperti lautan atau cecair perubatan), salutan titanium nitrida (timah) (melalui pemendapan wap fizikal) atau salutan polytetrafluoroethylene (PTFE) diperlukan untuk meningkatkan ketahanan kakisan. (Aloi NITI terdedah kepada pelepasan ion nikel semasa rendaman jangka panjang; pelepasan ion mesti dikawal kepada ≤ 0.1 μg/cm²/hari.)

Pembersihan dan pengeringan

Gunakan pembersihan ultrasonik (menggunakan ejen degreasing neutral, 40-60 ° C selama 10-20 minit) untuk mengeluarkan minyak permukaan dan residu polish. Kemudian, keringkan dalam ketuhar pengeringan vakum (80-120 ° C selama 30 minit) untuk mengelakkan pengoksidaan permukaan.

Ujian Prestasi: Memastikan Kelayakan Produk

NITI Springs menjalani ujian prestasi pelbagai dimensi. Item ujian utama adalah seperti berikut:

Proses perbezaan dalam senario aplikasi biasa

Bidang yang berbeza mempunyai keperluan prestasi yang berbeza untuk mata air nikel-titanium, yang memerlukan pelarasan proses yang disasarkan:

Perubatan (mis., Stent Vaskular, Archwire Springs Orthodontik): Kawalan ketat pembubaran ion nikel (penambahan salutan timah), suhu peralihan fasa (AF ≈ 37 ° C), dan ketepatan pengacuan yang tinggi (pemotongan laser dan penggilap elektrokimia) diperlukan;

Aeroangkasa (mis., Mekanisme penyebaran satelit mata air): Rintangan suhu tinggi dan rendah yang lebih baik diperlukan (suhu penuaan meningkat kepada 500-550 ° C untuk meningkatkan kestabilan suhu tinggi), dengan keperluan hidup keletihan ≥ 1 × 10 'kitaran;

Elektronik (mis., Contact Contact Springs): Keanjalan yang tinggi diperlukan (superelasticity suhu bilik, AF ≤ 25 ° C), permukaan memerlukan penyaduran perak (untuk meningkatkan kekonduksian), dan mesin-mesin mikro (diameter wayar ≤ 0.2mm) digunakan untuk acuan.

Ringkasnya, proses pengeluaran musim bunga nikel-titanium adalah gabungan "Kejuruteraan Rawatan Haba Pembuatan Sains Bahan Sains." Inti terletak pada mengimbangi sifat memori bentuk bahan, kestabilan mekanikal, dan ketepatan geometri melalui kawalan parameter pada setiap langkah untuk memenuhi keperluan fungsi senario yang berbeza.