METALURGICKÉ CHARAKTERISTIKY TVAROVĚ PAMĚŤOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI Ni-Ti-Me

METAL 2002

14. – 16. 5. 2002, Hradec nad Moravicí

METALURGICKÉ CHARAKTERISTIKY TVAROVĚ PAMĚŤOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI Ni-Ti-Me Miroslav Kursa a, Petr Pacholek a a

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TU OSTRAVA, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava – Poruba

Abstrakt V soustavě Ni-Ti je věnována zejména pozornost intermetalické sloučenině NiTi, která vykazuje jev tvarové paměti. Tento jev je však velmi citlivý na stechiometrii intermetalické fáze NiTi, což je spojeno se specifickými požadavky na metalurgii těchto intermetalických sloučenin. Příspěvek se věnuje vlivu podmínek přípravy na strukturu a vlastnosti těchto materiálů a možnostem jejich ovlivňování změnou chemického složení a struktury. Abstract In the systém Ni-Ti we concentrated particularly on inter-metallic compound NiTi, which has plastic memory. This phenomenon is, however, very sensitive to stoichiometry of intermetallic phase NiTi, which is related to special requirements concerning metallurgy of these inter-metallic compounds. The paper focuses influence of conditions of preparation on structure and properties of these materials and possibilities of their influencing by modification of chemical composition and structure. 1. ÚVOD Jev tvarové paměti je znám již několik desetiletí a v technické praxi vyspělých průmyslových zemí se materiály s tímto jevem, který poskytuje možnosti zcela neobyčejných konstrukcí, již také delší dobu využívají. Jev tvarové paměti jako prvý pozoroval Chang a Ried [1] v intermetalické sloučenině AuCd. Zájem o jev tvarové paměti byl převážně akademický až do doby, kdy byl tento jev objeven v intermetalické sloučenině NiTi Buehlerem et. al. v roce 1963 [2]. Od té doby byl jev tvarové paměti objeven a studován u celé řady materiálů (Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Al-Ni, Cu-Sn, Ag-Cd, Au-Cd, In-Tl, In-Gd, MnCu) [3]. Technicky zajímavé a využitelné slitiny s tvarovou pamětí patří především do skupiny intermetalických sloučenin, které krystalizují ve výchozím krystalografickém uspořádání fáze CsCl (B2). Při ochlazování se tato vysokoteplotní výchozí fáze přeměňuje na nízkoteplotní martenzitickou strukturu. Martenzit v materiálech s tvarovou pamětí je na rozdíl od martenzitu v uhlíkových ocelích měkký a tvárný. Vysokoteplotní austenitická fáze se při ochlazování mění na martenzitickou strukturu, přičemž tato přeměna není doprovázena makroskopickou změnou tvaru. Působením dostatečného napětí dochází ke vzniku trvalé deformace martenzitu. Při ohřevu nad určitou teplotou dochází z důvodu reverzibility termoelastického martenzitu k přeměně na původní vysokoteplotní fázi austenit. Současně dochází k samočinné změně tvaru do původní podoby [4] . Tyto vlastnosti jsou spojeny se zvláštními efekty projevující se při tvorbě termoelastického martenzitu, jehož vlastnosti dovolují realizovat deformace nevyvolávající nevratné změny struktury. Důsledky vyšší deformace (do 10% i více) mohou úplně vymizet při odlehčení, což je nazýváno pseudoelasticitou nebo superplasticitou, nebo při ohřevu jako tzv. paměťový jev, označovaný 1

METAL 2002


SME, kde ke zpětné fázové přeměně a reverzaci makroskopické deformace je potřeba i následné zvýšení teploty [5]. Alternativou je tzv. vratný tvarově paměťový jev – TWSME, který se vyznačuje samovolnou změnou tvaru doprovázející vznik teplotně indukovaného martenzitu a při zpětné transformaci dochází k úplnému zotavení tvaru. Hybnou silou vratného paměťového jevu je pravděpodobně vnitřní napětí, jenž může být pozůstatkem předcházející plastické deformace nad hodnotu RE [6, 7]. V technické praxi se jev tvarové paměti využívá nejčastěji u slitin Ni-Ti, Cu-Zn-Al, Cu-Al a Cu-Sn. Za typického představitele materiálu s jevem tvarové paměti, který je využitelný v praxi, je možno považovat slitinu niklu a titanu. Tato slitina vytahuje následující vlastnosti: teplota tavení (°C) – 1310; hustota (kg.dm-3) – 6,45; elektrická rezistivita (10-6 Ωm) – 0,5 ÷ 1,1; tepelná vodivost (W.m-1.K-1) – 10 ÷ 18; transformační entalpie (J.kg-1.K-1) – 490; pevnost v tahu (MPa) – 700 ÷ 1000; rozsah transformačních teplot (K) –173 ÷ 383; hysterese (K) – 30; maximum jednocestného jevu (%) – 8; normální dvoucestný jev (%) – 1,2; počet tepelných cyklu – 100 000; maximální teplota ohřevu (°C) – 400; korozní odolnost – výborná; biologická kompatibilita – výborná. K přednostem patří zejména výrazný jev tvarové paměti a vratný tvarově paměťový jev, relativně vysoké přehřátí, vysoká strukturní stabilita, příznivé pevnostní charakteristiky, dobrá technologická tvařitelnost, výborná korozní odolnost a biologická kompatibilita. K nevýhodám patří zejména vyšší cena vstupních materiálů a metalurgická náročnost jejich přípravy a z toho vyplývající vyšší cena. Intermetalická sloučenina NiTi s obsahem cca 50 at. %, příp. 55 hmot. % Ni je považována za standardní paměťovou slitinu. Pro změnu teploty přeměny (Ms, As) je v tomto systému jen úzká oblast homogenity (cca 3%), takže se při výrobě slitin musí dbát na přesnou kontrolu složení slitiny a extrémní homogenitu, která podmiňuje funkční spolehlivost a garantované teploty transformace. Změna složení pouze o 0,1% může způsobit posun teploty As o 10 K. Slitinové atomy musí být rovnoměrně rozloženy, bez žádných vycezenin apod. Pomocí legování dalších prvků jako jsou zejména Cu a Fe je možno zeslabit koncentrační závislost teplot přeměny a dají se navíc dosáhnout příznivější mechanické vlastnosti. Vlastní výroba slitin Ni-Ti se realizuje většinou tavením ve vakuu, přičemž se používají různé způsoby tavení (elektronové tavení, obloukové tavení apod.). Při tavení Ni-Ti slitin působí nepříznivě především uhlík a kyslík. Tvorbou karbidu titanu a oxidu titanu z NiTi dochází k posuvu koncentrací jednotlivých prvků a tím také dochází ke změně teploty přeměny. Další těžkostí při tavení NiTi slitin je tvorba nízkotavitelné fáze Ti2Ni, která způsobuje výraznou náchylnost k tvorbě trhlin za tepla. V poslední době je rovněž věnována pozornost aplikaci plazmových postupů tavení reaktivních materiálů, včetně slitin NiTi. V dostupné literatuře se zpravidla technologické údaje o přípravě paměťových slitin NiTi neuvádějí, ty jsou předmětem „know how“. 2. METALURGICKÉ MOŽNOSTI PŘÍPRAVY SLITIN Ni-Ti a Ni-Ti-Me Metalurgický proces se soustředil na posouzení vhodnosti plazmových technologií pro přípravu materiálů Ni-Ti a Ni-Ti-Me. Tavení kovů a příprava slitin v plazmové peci má oproti jejich přípravě v klasických agregátech, např. v elektrických obloukových, indukčních a vakuových pecích řadu výhod, ale také některé nevýhody. K výhodám plazmových pecí patří zejména: - oproti obloukovým pecím zamezení znečištění taveného materiálu grafitem z používaných uhlíkových elektrod a použití inertní atmosféry, tím se zabrání naplynění kovu z okolní atmosféry, což v obloukové peci není možné;

2

METAL 2002

-


možnost vytvoření nízkoteplotního plazmatu z libovolné směsi plynů a tím možnost použití, v poměrně širokých mezích volitelné a přesně kontrolovatelné, atmosféry oxidační, redukční nebo inertní; tavení v inertním plynu na rozdíl od vakuových pecí vlivem tlaku plynu snižuje odpařování kovu; možnost odplynění kovu, neboť parciální tlaky plynů obsažených v kovech jsou v inertním plynu velmi nízké; pomocí plazmových hořáků lze dosáhnout vysokých a snadno regulovatelných teplot; vysoká koncentrace energie, značná rychlost proudění plazmatu a velmi rychlý přenos tepla na ohřívaný materiál zabezpečující vysokou rychlost tavení; jednoduchost plazmových pecí ve srovnání s pecemi vakuovými usnadňuje technologické operace, jako vytváření strusky, prodmýchávání kovu apod.; téměř stroprocentní využití legující přísady v důsledku využití výhod inertní atmosféry v tavícím prostoru.

Mezi nevýhody plazmových pecí ve srovnání s vakuovými elektrickými pecemi patří nižší odplynění taveného kovu. Navíc si je nutno uvědomit, že při tavení kovu v plazmové peci pohlcuje kov větší množství plynů než odpovídá rovnovážnému stavu. Z toho plyne nutnost použití vysoce čistého argonu, zvláště pro tavení vysoce reaktivních kovů v plazmové peci, aby nedošlo k interakcím nečistot s roztaveným kovem, což je další nevýhodou plazmových pecí. 2.1 Binární systém Ni-Ti Rovnovážný binární diagram Ni-Ti je předmětem diskusí, hlavně pokud se jedná o oblast NiTi. Jeden z prvních publikovaných diagramů uvádí Hansen [8], který vycházel z originálních prací Taylora a Floyda a je v něm ještě špatně uvedena jako teplota tání titanu hodnota 1720°C, teplota tání niklu 1453°C a teplota tání ekviatomární sloučeniny Ni-Ti 1240°C. Nejnovější a všeobecně uznávanou variantu tohoto diagramu uvádí ve své práci Massalski [9] a tento diagram je dokumentován na obr. 1.

Obr. 1 Binární systém Ni-Ti [9]

3

METAL 2002


Struktura slitin NiTi je zpravidla tvořena z následujících tří fází: fáze B2, R a B19, případě jejich vzájemnou koexistencí. Vysokoteplotní fáze má uspořádanou prostorově centrovanou, kubickou mřížku typu B2 a její mikrostruktura je obvykle tvořena polyedrickými zrny. Parametr uspořádání na velkou vzdálenost, který má velký význam pro realizaci tvarově paměťových jevů dosahuje velmi vysokých hodnot, až okolo 0,95, u všech typů sledovaných slitin NiTi i když jejich stechiometrie byla odlišná [7]. Pro změnu teplot přeměny (Ms, As) změnou chemického složení je k dispozici jen úzká oblast homogenity, takže se při přípravě slitin musí dbát na přesnou kontrolu složení slitiny a extrémní homogenitu. Změna složení pouze o 0,1% může způsobit posun teploty As o 10 K (obr. 2). Slitinové atomy musí být rovnoměrně rozloženy, bez žádných vycezenin apod. Pomocí legování dalšími prvky jako jsou Cu, Fe, Al se dá koncentrační závislost zeslabit a na druhé straně se dá dosáhnout pozitivního ovlivnění mechanických vlastností. Obr. 2 Závislost přeměny slitin NiTi na chemickém složení [4] V technickém měřítku se dnes vyrábějí slitiny s teplotou přeměny mezi –100 až +100°C. O maximálně dosažených teplotách bývají uváděny rozporuplné údaje. Některé práce ukazují, že standardní slitinou, při optimálním tepelně-mechanickém zpracování a konstrukčním uspořádání mohou být dosaženy hodnoty As okolo 120°C. Vlastní výroba slitin Ni-Ti se provádí ve světě obecně tavením ve vakuu, přičemž se používají různé způsoby (elektronové tavení, obloukové tavení apod.). Při tavení Ni-Ti slitin působí nepříznivě především uhlík a kyslík. Tvorbou karbidu titanu a oxidu titanu z iTi dochází k posunu koncentrací jednotlivých prvků a tím také dochází ke změně teploty přeměny. Další těžkostí při tavení NiTi slitin je tvorba nízkotavitelné fáze Ti2Ni, která způsobuje výraznou náchylnost k tvorbě trhlin za tepla. 2.2 Ternární systémy Ni-Ti-Me Pro vlastní využití slitin NiTi je nutné znát jakým způsobem se posouvají charakteristické teploty vlivem přídavku legujících prvků, případně příměsí. Všeobecně platí, že příměsi, které zvětšují meziatomové síly slitiny NiTi, budou zvětšovat i hysterezi a naopak. Teplotu Ms ovlivňuje příměs a forma legování. Vliv těchto faktorů je zachycen na obr. 3. Při legování typu NiTi-Me nejvíce snižuje teplotu Ms měď, kde na rozdíl od legování typu NiTiTiMe není vliv mědi na polohu Ms tak výrazný. Legování všeobecně zvyšuje mez průtažnosti. Složení slitiny navíc mohou výrazně ovlivnit nečistoty, které se do slitiny dostávají při výrobě, tváření, tepelném zpracování apod. Velkou úlohu zde mohou sehrát plyny (O2, N2, H2) a uhlík. Ve výsledné struktuře lze pak pozorovat vměstky typu Ti4Ni2Ox, TiO2 a další, s jejichž tvorbou souvisí ochuzení matrice o titan. Tyto změny složení pak mají výrazný dopad na transformační charakteristiky.

4

METAL 2002


a

b

Obr. 3 Vliv Fe (1), Co (2), Cu (3), Si (4), Al (5), Ge (6) při legování typu a) NiTi-TiMe b) NiTi-Me Při legování typu NiTi-TiMe, kde Me představuje legující prvek, nejvíce snižuje teplotu Ms železo, a to hluboko do záporných teplot. Problematikou legování Ni-Ti mědi se zabýval Černov [10] a konstatuje, že při legování do 3 at.% Cu podle řezu TiNi-Cu se ve vysokoteplotní soustavě objevují pouze fáze B2, ale při 4 at.% Cu se objevují stopy a při 5 at.% Cu lze zjistit pozorovatelné části druhé fáze. Systém Ni-Ti-Cu Na obr. 4 [11] je znázorněn izotermický řez systému Ni-Ti-Cu při 800°C. Ve slitinách tohoto typu byla stanovena sloučenina TiNiCu se širokou oblastí homogenity a bylo dokázáno, že se nachází v rovnováze s tuhými roztoky, TiNiO, TiNi, Ti2Ni, Ti3Cu4, dvěma zdvojenými fázemi a tuhým roztokem Cu. Sloučenina TiNiCu má rhombickou strukturu typu MoS2 s parametry mřížky a = 0,3119 nm, b = 0,7955 nm. Systém Ni-Ti-Fe Na obr. 5 je izotermický řez systému Ni-Ti-Fe při teplotě 900°C [12]. Ve slitinách o sloení Ti15Ni85 a Ti20Ni70Fe9.5, které byly zakalené a žíhané při 870°C, byly stanoveny u fáze TiNi3 následující parametry mřížky: a = 0,5094 ± 0,0005 nm, c = 0,8300 ± 0,0008 nm a tuhý roztok – Ni: a = 0,3590 ± 0,001 nm.

Obr. 4 Izotermický řez ternárním systémem Ni- Ti-Cu (800°C)

Obr. 5 Izotermický řez ternárním systémem Ni-Ti-Fe (900°C)

5

METAL 2002


2.3 Charakteristika výchozích surovin Pro přípravu ekviatomární slitiny Ni-Ti se používají co nejčistší suroviny. V úvahu přichází elektrolytický nikl, který dosahuje čistoty 99,95% Ni. Jako běžné nečistoty se v tomto materiálu vyskytují 0,01% Co; 0,001% Cu; 5.10-4% Fe; 6.10-4% Pb a dále zinek, uhlík a síra. Z hlediska vlastní přípravy ekviatomární slitiny je pak důležitý i obsah plynů, zejména kyslíku a dusíku. Pro vlastní přípravu výchozích surovin (niklu, titanu) a konečnou syntézu slitin Ni-Ti byla použita technologie plazmového tavení na horizontálním, měděném vodou chlazeném krystalizátoru. Vlastní tavení bylo prováděno v atmosféře argonu čistoty 3N8. Proces plazmového přetavování čistého elektrolytického niklu přispívá ke zvýšení čistoty niklu. Je přitom možno snížit obsahy kovů s nižší teplotou varu. V našem případě byly sníženy obsahy mědi, olova a zinku. Obsah železa a kobaltu se touto technologií nedá upravit. Při vlastním přetavování je možno snížit obsah kyslíku, obsah dusíku se prakticky nemění. Titan byl použit ve formě titanové houby nebo ve formě tyčí POLDI Ti 45. Práce byly zaměřeny na ověřování možností plazmového přetavování titanu s cílem posouzení jeho vlivu na čistotu titanu. Jednalo se hlavně o chování některých nečistot v titanu a vliv této technologie na obsahy plynů v titanu. Je totiž známo, že fyzikální vlastnosti titanu jsou silně závislé na množství rozpuštěných nebo chemicky vázaných plynů a dalších intersticiálů (C, Si). Obzvláště jsou citlivé na atmosféru pece vysokotavitelné kovy. Mezi takové patří titan. Argon totiž vždy obsahuje určité množství dalších plynů, a to především kyslíku, dusíku, vlhkosti a uhlovodíků. Vzhledem k vysoké reaktivitě těchto plynů v excitovaném stavu a vzhledem k principu práce plazmové pece, vyplynula rovněž nutnost snížit obsah plynů dodatečným čištěním v čističce argonu. Obsahy kyslíku v plazmově přetavovaném titanu se pohybovaly v rozmezí 600 – 1800 ppm, dusíku pak v rozmezí 100 – 350 ppm. Tyto hodnoty byly závislé na technologii tavení, zejména pak na době tavení. Při delších dobách tavení dochází ke zvyšování obsahu kyslíku, který je ve struktuře α - titanu možno pozorovat ve formě suboxidu titanu typu Ti6O, Ti2O a Ti3O (obr. 6). Na obr. 7 jsou dobře patrny částice hydridů TiH.

Obr. 6 Struktura plazmově taveného titanu se zvýšeným obsahem kyslíku

Obr. 7 Plazmově tavený titan s vyloučenými částicemi TiH

Ze srovnání s chemickým složením průmyslově elektronově taveného titanu [13] vyplývá, že obsahy plynů u plazmově taveného titanu po optimalizaci technologie jsou při tavení titanové houby příznivější [14].

6

METAL 2002


2.4 Tavení slitin Ti-Ni V rámci experimentálních prací bylo provedeno několik sérií taveb v plazmové peci zaměřené na přípravu ekviatomárních nebo přibližně ekviatomárních slitin NiTi. Tavby byly prováděny v plazmové peci, jejíž charakteristika byla již podána. Pro přípravu slitin NiTi byly jako suroviny použity titan ve formě titanové houby a niklové katodové plechy. Titanová houba byla předem přetavena v peci do ingotu za parametrů: rychlost zóny 4 cm.min-1, průtok Ar 15 l.min-1, proud 750 A, napětí 50 V. Byly zjištěny určité rozdíly (1 – 1,6%) v obsazích Ni a Ti v porovnání s požadovanými hodnotami, které jsou způsobeny makronehomogenitou připravených vzorků, dobře patrnou z obr. 8. Ve struktuře byly pozorovány fáze NiTi2 a Ni3Ti jako produkt kvazientektické reakce.

aa

b b

Obr. 8 Makrostruktura (a) a mikrostruktura (b) plazmově tavené ekviatomární slitiny NiTi

a b

Obr. 9 Makro (a) a mikrostruktura (b) vzorku 51 at.% Ni + 49 Ti at.% Ti po optimalizaci režimu tavení Optimalizace režimu tavení vedlo k výraznému zlepšení homogenity, což dokumentuje obr. 9. Pouhé prodlužování procesu tavení vedlo rovněž k rovnoměrnějšímu rozložení Ni a Ti, ale bylo doprovázeno výrazným nárůstem obsahu vměstků typu Ti4Ni2Ox jak vyplývá z obr. 10. Obsah kyslíku se v těchto slitinách pohyboval v rozmezí 300 – 600 ppm, dusíku v rozmezí 30 – 120 ppm a uhlíku v rozmezí 540 – 1500 ppm. Pro zajištění zvýšené homogenity je vhodné rychlé přetavení v plazmové peci s následující homogenizací a

7

METAL 2002


případnou směrovou krystalizací s řízeným režimem krystalizace a ochlazování. Tato varianta zpracování je k dispozici a v současné době se ověřuje. Optimalizace režimu tavení vedlo k výraznému zlepšení homogenity, což dokumentuje obr. 9. Pouhé prodlužování procesu tavení vedlo rovněž k rovnoměrnějšímu rozložení Ni a Ti, ale bylo doprovázeno výrazným nárůstem obsahu vměstků typu Ti4Ni2Ox jak vyplývá z obr. 10. Obsah kyslíku se v těchto slitinách pohyboval v rozmezí 300 – 600 ppm, dusíku v rozmezí 30 – 120 ppm a uhlíku v rozmezí 540 – 1500 ppm. Pro zajištění zvýšené homogenity je vhodné rychlé přetavení v plazmové peci s následující homogenizací a případnou směrovou krystalizací s řízeným režimem krystalizace a ochlazování. Tato varianta zpracování je k dispozici a v současné době se ověřuje.

a

bb

Obr. 10 Makrostruktura 8x přetavované slitiny 59 Ni + 49 Ti (a) a snímky oxidů Ti4Ni2Ox (b) 2.5 Tavení slitin Ti-Ni-Me V rámci ověření použitelnosti plazmové technologie pro přípravu paměťových slitin na bázi Ni-Ti-Me byly provedeny tavby s přídavky železa a mědi. Obsah železa se pohyboval v rozmezí 1,31 – 3,14 hmotn.% a mědi v rozmezí 1,31 – 2,73 hmotn.%. Vzorky byly taveny při I = 800 A, U = 55 V, průtok argonu 15 l.min-1 a rychlostí průchodu zóny 4 cm.min-1.

a Obr. 11

b

Makro (a) a mikrostruktura (b) slitin Ni-Ti-Cu (2,3 at.%) po osminásobném plazmovém tavení

8

METAL 2002


Rozdílné obsahy Ti, Ni, Fe a Cu v analyzovaných vzorcích v porovnání s požadovanými hodnotami (Fe – 0,15 až 0,6 hmotn.%, Cu – 0,2 až 0,15 hmotn.%) jsou způsobeny nehomogenním složením zkoumaných oblastí slitin. Toto je zapříčiněno nedostatečným protavením materiálu u stěn krystalizátoru. Tento názor vychází z provedeného metalografického rozboru vzorků připravených slitin. Obecně lze říci, že zvyšováním počtu zón tavení (doby tavení) se zvyšuje homogenita vzorků. To dokumentuje i obr. 11, který zachycuje makro (a) a mikrostrukturu 8x přetavené slitiny 50 at.% Ti + 47,7 at.% Ni a 2,3 at.% Cu (2,73 hmot.% Cu). Na druhé straně však dochází opět k růstu koncentrace nežádoucích příměsí ve formě oxidů a karbooxidů Ti. 3. ZÁVĚR Jak vyplývá z provedených chemických a metalografických rozborů experimentálních vzorků, základní problémy plazmové metalurgie slitin Ni-Ti a Ni-Ti-Me spočívají v obtížnosti zajištění požadovaného chemického složení a strukturního složení zpracovávaných materiálů. Požadavky na přesnost chemického složení v rozmezí 0,5 až 1 at.% je reprodukovatelně jen obtížně zajistitelný. Rovnoměrnost chemického složení se zvyšuje s prodlužováním doby tavení (počet průchodů zón vzorkem), na druhé straně však dochází ke zvyšování obsahu nežádoucích příměsí, jako jsou oxidy, nitridy apod. Proces přípravy slitin Ni-Ti a Ni-Ti-Me pouhým přetavováním komponent v horizontálním, měděném, vodou chlazeném krystalizátoru bude nutně vykazovat výše uvedené nedostatky. V dané etapě přípravy těchto slitin je nutno volit kombinaci plazmových a vakuových tavících procesů pro dosažení požadované homogenity. Plazmovým přetavováním niklu lze efektivně zvyšovat jeho čistotu. Jedná se hlavně o snížení obsahu mědi, olova a zinku. Obsahy železa a kobaltu se při plazmovém přetavování prakticky nemění. Při vlastním přetavování je možno snížit i obsah kyslíku, obsah dusíku se prakticky nemění. Dalšího zvýšení čistoty lze dosáhnout použitím zonálního tavení. Proces plazmového přetavování titanu a jeho rafinace je silně závislý na čistotě použitého argonu, druhem výchozího materiálu a době tavení. Argon stávající čistoty, použité materiály a doby tavení vedou zpravidla ke vzrůstu obsahu kyslíku v přetaveném titanu. Předpokladem pro zvyšování čistoty titanu je použití argonu vyšší čistoty a práce s nižšími tlaky argonu. Dosahované hodnoty obsahů plynů však vyhovují většině zahraničních norem a standardů. Plazmovým přetavováním je možno převést titan ve formě houby do formy kompaktního materiálu vhodného pro zpracování na slitiny Ni-Ti vakuovou metalurgií. Druhá část práce se zaměřila především na problematiku přípravy slitin Ni-Ti a Ni-TiMe. Byla provedena řada experimentálních taveb v plazmové peci s cílem posouzení možností této technologie a vlivu jednotlivých faktorů na kvalitu získaných slitin. Rovněž u slitin Ni-Ti-Me se projevily obdobné nedostatky jako u slitin Ni-Ti. Zvyšování homogenity struktury prodlužováním doby tavení vede ke znečištění materiálu vměstky na bázi oxidů, nitridů a karbidů. Z výsledků lze konstatovat, že optimální bude kombinace plazmových vakuových tavících procesů a případná směrová krystalizace. Směrová krystalizace může přispět k homogenizaci za předpokladu, že rozdělovací koeficienty legujících prvků v ternárních systémech nebudou příliš rozdílné od 1. Navíc bude zajímavé sledovat vliv usměrněné struktury materiálu na tvarově paměťové jevy v tomto systému. LITERATURA: [1]

CHANG, L.C. and READ, T. A. Trans. AIME, 1951, 191, p. 47.

9

METAL 2002

[2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]


BUEHLER, W. J., GRIFRICH, J. V. and WILEY, R. C. J. Appl. Phys., 1963, 34, p. 1467. WESTBROOKE, J. H. and FLEISCHER, R. L. Intermetallic Compounds. Vol. 2, Practice. 1994. STÖCKEL, D. Legierumgera mit Formgedachtnis. München, 1988, s. 197. ČÍŽEK, P., ČÍŽEK, L. a MAZANEC, K. Kovové materiály, 22, 1984, s. 513. BILLY, J., KAREL, V., LONHAUERS, S. a JANÁK, J. Kovové materiály, 24, 1986, s. 584. FILIP, P. a MAZANEC, K. Hutnické listy 45, 1990, 4, s. 280. HANSEN, M.: Constitution of Binary Alloys Mc-Graw-Hill Book Company, New York, 1958. MASSALSKIJ, T. R.: Binary Alloy Phase Diagrams, vol. 2, American Society for Metals, Ohio, 1986. ČERNOV, D. B. a kol. Fiz. Met. Metallovedenie, 59, 1985, 6, s. 1226. ALLISOVA, N. I., BUDBERG, P. B.: Diagrama sostojanija metalličeskich sistem. Moskva, 1970, s. 220. JEROŠENKOVA, I. G., ZACHAROV, A. M., OLENIČOVA, V. G.: Diagrama sostojanija metalličeskich sistem. Část 2. Moskva, 1985, s. 103. Entrekin, G. H. H., HARKER, H. R., JOHNSON, A.: Electron beam část titanium slab. In.: Proceedings Vacuum Metallurgy Conference. Michigan, 1984, s. 45. KURSA, M.: Metalurgie přípravy paměťových slitin na bázi Ni-Ti. Habilitační práce, Ostrava, 1991, 209 s.

10

METALURGICKÉ CHARAKTERISTIKY TVAROVĚ PAMĚŤOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI Ni-Ti-Me

Recommend Documents