一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CN103173653B(45)授权公告日(45)授权公告日2015.03.11(21)申请号201110432126.2(22)申请日2011.12.21(73)专利权人北京有色金属研究总院地址100088北京市西城区新街口外大街2号(72)发明人宋晓云叶文君惠松骁于洋刘睿付艳艳米绪军(74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理有限公司11100代理人刘徐红(51)Int.Cl.C22C14/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)C22F1/18(2006.01)审查员刘春涛权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法，合金由铌、锆、铪和钛组成，原子百分含量分别为铌18at％，锆0～9at％，铪0～9at％，且锆和铪之和为0～9at％，余量为钛。采用真空自耗/非自耗电弧炉熔炼成Ti-Nb-Zr(Hf)铸锭，将铸锭进行均匀化处理后开坯锻造，然后进行中间锻造，逐渐从1000℃降温至900℃，锻成中间板坯，板坯进行固溶处理，冷却，获得具有一定比例斜方马氏体相和残余β相的组织；冷轧，变形量大于60％，获得弹性模量为50～60GPa，室温下轧制方向抗拉强度超过850MPa，延伸率6～15％的低弹模高强钛合金板材。本发明的合金可以广泛用于眼镜架、体育器材和生物医学器件。CN103173653BCN103173653B权利要求书1/1页1.一种低弹性模量高强度钛合金，其特征在于：由铌、锆、铪和钛组成，其原子百分含量分别为铌18at％，锆3～9at％，铪1～4at％，且锆和铪之和为0～9at％，余量为钛；所述钛合金的价电子数为4.13，所述钛合金的弹性模量为50～60GPa，室温下抗拉强度大于850MPa，延伸率为6％～15％；所述的低弹性模量高强度钛合金的制备方法，包括下列步骤：(1)按配比进行配料，将称取的钛、铌、锆和/或铪原料放入非自耗真空电弧炉内熔炼成合金铸锭；或将钛、铌、锆和/或铪原料压制成自耗电极，放入真空自耗电弧炉内，熔炼成合金铸锭；(2)将所得的合金铸锭经均匀化处理后进行开坯锻造，然后进行中间锻造，逐渐从1000℃降温至900℃，锻成中间板坯；所述均匀化处理为在1050～1100℃下保温2～5小时；(3)将中间板坯进行固溶处理，冷却，得到固溶态合金板坯；所述的固溶处理为在850～900℃下保温0.5～5小时，所述冷却的速率不低于300℃/s；(4)将所得固溶态合金板坯进行冷轧，变形量超过60％，即得。2CN103173653B说明书1/5页一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法，具体为一种低弹性模量高强度Ti-Nb-Zr(Hf)合金材料及其制备方法，属于体育用品领域、消费品领域和生物医用材料领域。背景技术[0002]钛合金具有良好的生物相容性和抗体液腐蚀性能，其弹性模量约为80～110GPa，与人体组织最为接近(10～30GPa)，可以减轻金属种植体与骨组织之间的不适应性，在生物医用等领域得到广泛的应用。目前临床上应用最为广泛的钛合金仍是纯钛和Ti-6Al-4V合金，但Ti-6Al-4V合金的弹性模量高(约为110GPa)，同时认为Al元素会引起骨软化，V也是具有生物毒性的。据此人们特别开发了医学领域应用的钛合金，主要添加无毒元素Fe、Nb、Ta、Zr、Mo、Sn，主要有Ti-15Mo，Ti-12Mo-6Zr-2Fe，Ti-15Mo-3Nb，Ti-13Nb-13Zr(E＝79GPa)等。最近大量的研究集中在Ti-Nb-Ta-Zr系合金上，如Ti-35Nb-7Zr-5Ta，其弹性模量为52GPa，但其强度在未渗氮处理前只有530MPa。[0003]目前，关于Ti-Nb-Zr方面的相关专利包括申请号为201110056103，发明名称为《低弹高强近β型Ti-Nb-Ta-Zr合金及其制备方法》的发明专利，重量百分比为：铌28％-32％，钽4％-5.5％，锆5％-15％，余量为钛。经真空非自耗电弧炉熔炼成纽扣状Ti-Nb-Ta-Zr铸锭；将铸锭经热锻后，锻成尺寸为3mm×30mm×70mm的薄板状；经线切割后的试样在750～800℃固溶处理，水淬，获得单相β组织；固溶后的试样在450～500℃时效处理，空冷，获得β相+弥散α相的两相组织。该合金中添加了Ta，提高了制备成本。发明内容[0004]本发明的目的是提出一种低弹性模量、高强度、生物相容性好的Ti-Nb-Zr(Hf)合金及其制备方法。该合金可以广泛用于制作眼镜架、体育器材和生物医用器件。[0005]本发明