一种具有高强度低弹性模量的钛合金及其制法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116024458A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310123874.5B21B1/02(2006.01)(22)申请日2023.02.16B21B3/00(2006.01)B21B45/00(2006.01)(71)申请人东南大学B21J5/00(2006.01)地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人陈锋齐欢武祥为(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204专利代理师李倩(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)C22C1/10(2023.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/18(2006.01)C21D9/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种具有高强度低弹性模量的钛合金及其制法(57)摘要本发明公开了一种具有高强度低弹性模量的钛合金，所述钛合金包括如下重量百分比的成分：Nb：34.0～40.0％；Zr：0％＜Zr≤4.0％；O：0.29～0.31％，余量为Ti。本发明还公开了上述具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，所述方法为：将按配方量配制的合金原料在真空非自耗电弧炉中熔炼获得成分均匀的合金铸锭，热锻至棒状后在850～900℃进行固溶处理，水冷至室温；随后冷轧变形加工，变形量为80～90％；最后在250～260℃下进行40～100min的低温短时时效处理，使合金β基体上弥散析出少量纳米尺寸的ω相。CN116024458ACN116024458A权利要求书1/1页1.一种具有高强度低弹性模量的钛合金，其特征在于，所述钛合金包括如下重量百分比的成分：Nb：34.0～40.0％；Zr：0％＜Zr≤4.0％；O：0.29～0.31％，余量为Ti。2.权利要求1所述的具有高强度低弹性模量的钛合金其中，其特征在于：wt％Nb＝40.0wt％‑1.5*wt％Zr；wt％Nb和wt％Zr分别表示Nb元素和Zr元素在合金中的重量百分比。3.权利要求1所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法为：将按配方量配制的合金原料依次经过熔炼、热锻、淬火以及冷形变加工后，在真空密封环境下进行时效热处理，热处理后在空气中冷却至室温；其中，热处理的温度为250～260℃，保温时间为40～100min；合金β基体上弥散析出纳米尺寸的ω相。4.根据权利要求3所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于：β基体上，ω相的平均尺寸为不高于12.4nm。5.根据权利要求3所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)根据钛合金中各元素的重量占比，以Ti、Nb、Zr和TiO2为原料配制合金；(2)将原料置于磁搅拌真空非自耗电弧炉中反复熔炼，得到成分均匀的铸锭；(3)将铸锭热锻成棒材，经固溶处理后投入水中淬火冷却；(4)去除棒材表面的氧化皮，然后在室温下进行冷形变加工；(5)将棒材置于石英管中抽真空密封，在热处理炉中进行时效热处理，随后在空气中冷却至室温。6.根据权利要求5所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述热锻温度为850～1000℃，形变量为60～80％，在空气中进行。7.根据权利要求5所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述固溶处理的温度为850～900℃，保温时间为55～60min；淬水冷却后得到的组织为β单相。8.根据权利要求5所述的具有高强度低弹性模量的钛合金的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述冷形变加工为冷轧变形，其变形量为80～90％。2CN116024458A说明书1/6页一种具有高强度低弹性模量的钛合金及其制法技术领域[0001]本发明涉及一种具有高强度低弹性模量的钛合金，还涉及上述钛合金的制备方法。背景技术[0002]钛合金具有低密度、高比强度、低弹性模量以及优异的生物相容性，在航空航天和医用植入等领域具有十分广泛的应用。在航空航天领域，钛合金因具有高强度和低弹性模量，其高弹性性能(可用屈服强度σ0.2与弹性模量E的比值σ0.2/E表示，其比值越大，弹性变形能力越强)使其成为开发可变机翼的重要候选材料，但目前广泛应用的传统航空航天用β钛合金如Ti‑13V‑11Cr‑3Al、Ti‑15V‑3Cr‑3Al‑3S等，其弹性模量通常高于100GPa，σ0.2/E小于1.35％，弹性变形能力较弱，无法满足可变机翼材料的性能需求。在生物植入领域，纯钛和TC4(Ti‑6Al‑4V)得到了广泛应用，但二者的弹性模量(100～110GPa)远高于人骨(≤30GPa)，会引起应力屏蔽效应，易导致植入失效。因此，