[發明專利]鑄造鈦合金的方法

有效

• 申請號: 200680005976.1
• 申請日: 2006-02-27
• 公開（公告）號: CN101128609A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: S·巴利克泰
• 申請（專利權）人: 沃爾德馬連接兩合公司
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 溫宏艷;林森

本發明涉及用于由β-鈦合金，更具體而言，鈦-鉬合金，鑄造對象的方法。

鈦合金由于具有為數眾多的有利性質，被應用得越來越廣泛。鈦合金尤其由于具有良好的化學穩定性(甚至在高溫時)、重量低以及優異的機械性質，而被用于對材料要求很高的所有領域中。考慮到具有優異的生物相容性，鈦合金也優先用于醫療領域，尤其是用于植入體和假體。

已知有各種使鈦合金成形的方法。除了切削加工之外，這些方法主要包括鑄造和鍛造方法。由于人們發現鈦合金難以鑄造，所以原則上鈦合金是鍛造合金，為此通常采用的是鍛造方法。復雜形狀通常采用所述鑄造方法，但是造成了在選擇合適合金方面的限制。尤其而言，已經發現當鑄造β-鈦合金時，只能獲得讓人不滿意的結果(US-A2004/0136859)。

本發明基于為β-鈦合金提供改進的鑄造方法的目標，這樣使得可以制備出具有良好材料性質的更復雜的形狀。

根據本發明的解決方案在于具有主權利要求的特征的方法。有利的經一步限定構成了從屬權利要求的主題。

根據本發明，在由含有鈦鉬并且鉬含量為7.5-25％的β-鈦合金鑄造對象的方法中，合金在超過1770℃的溫度熔融，熔融的合金被精密鑄造到和待制備的對象相一致的鑄造模具中，進行熱等靜壓，固溶退火，然后淬火。

在本文中，對象應該理解為已經針對最終用途成形的制品。對象例如在航空業可以是用于噴氣發動機、轉子軸承、翼箱(Flügelkasten)或者其它支撐結構部件的部件，或者在醫學領域中可以是內用假體，比如髖假體，或者植入體，比如板或者釘或者牙科植入體。在本申請的上下文中，術語對象不包括將要通過成形方法進一步加工的坯塊，即，尤其不包括通過硬模鑄造制備的、用于通過鍛造進一步加工的錠。

根據本發明的方法采用精密鑄造方法實現了由β-鈦合金經濟地制備對象。所以，本發明提供了將β-鈦合金的有利性質，尤其是其優異的機械性質，和采用精密鑄造方法制備對象的優點結合起來的可能性。本發明使得可以由β-鈦合金制備出通過傳統鍛造方法不可能或者不能經濟地制備的形狀復雜的對象。所以，本發明也為β-鈦合金打開了在復雜成形對象方面的應用領域，而該合金公知具有有利的機械性質和生物相容性。

合金中的鉬或者鉬等同物的含量為7.5-25％。這樣的結果是，尤其對于鉬含量為至少10％的情況而言，在低至室溫范圍時，β-相也充分穩定。優選所述含量為12-16％。這樣使得可以通過在精密鑄造后的快速冷卻來獲得亞穩β-相。通常無需加入另外的合金形成元素。尤其而言，無需加入釩或者鋁。無需這些元素帶來了上述優點，即源于這些合金形成元素的毒性可以被避免。這同樣相應地適用于鉍，鉍也不具有和鈦相同的生物相容性。

已經發現，本發明使得可以采用到目前為止幾乎不可能用于精密鑄造的β-鈦合金，來制備出比到目前為止用于精密鑄造的α/β鈦合金，比如例如TiA16V4，更復雜的形狀。根據本發明的方法獲得了改進的模具填充行為。這意味著由于本發明，可以在精密鑄造過程中制備出具有更高質量的、尤其是尖銳的邊。由于改進的模具填充行為，所以精密鑄造中形成空隙的趨勢也下降。

采用冷壁坩鍋真空感應設備來熔融β-鈦合金是適宜的。這種類型的設備可以達到可靠熔融鈦鉬合金以進行精密鑄造所需的高溫。例如，TiMo15的熔點是1770℃。為了實現可靠的精密鑄造，應該再加上大約60℃。所以，總體而言，對于TiMo15而言必須達到1830℃。

對于熱等靜壓而言，優選在最多等于鈦鉬合金的β-轉變溫度但最低比β-轉變溫度低100℃的溫度進行。

熱等靜壓通過溶解樹枝狀晶體之間的沉淀，抵消了如下不希望出現的效應：鉬在樹枝狀晶體中富集，而在剩余熔體中貧乏化。低于β-轉變溫度，尤其是低至多100℃的溫度，是有利的。已經證明，對于鉬含量為15％的鈦鉬合金而言，在大約1100-1200巴的氬氣壓力下，710℃-760℃的溫度，優選大約740℃，是合適的。

已經證明，對于固溶退火而言，至少700℃直至880℃，優選800℃-860℃的溫度是合適的。為了達到保護氣氛，優選使用氫氣。這改善了合金的延展性。

在固溶退火后通過水使對象淬火是便利的。優選采用冷水。在本文中，術語“冷”應該理解為是指未加熱的自來水的溫度。已經發現，淬火對對象最終獲得的機械性質具有顯著影響。或者，淬火也可以在保護氣體中進行，例如，通過氬氣冷卻。但是，獲得的結果沒有采用冷水獲得的結果好。

對象最終還進行硬化可能是便利的。如果需要，這樣可以使彈性模量稍微增加。為此，優選硬化在大約600℃-大約700℃的溫度范圍中進行。