[發(fā)明專利]一種低成本易生產(chǎn)β鈦合金及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910101504.1
• 申請(qǐng)日: 2009-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN101624668A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方平偉;胡明晶;陳錦超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江民泰鈦合金有限公司
• 主分類號(hào): C22C14/00
• 分類號(hào): C22C14/00;C22C1/02;C22C1/03;C22F1/18
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李德強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種β鈦合金，特別是一種比現(xiàn)有β鈦合 金更廉價(jià)、易于工業(yè)化生產(chǎn)、且力學(xué)性能能基本保持同等水平 的β鈦合金及其制造方法。

背景技術(shù)

鈦合金體系中，β鈦合金具有最高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度) 和良好的冷加工性能，最早以軍工應(yīng)用為目的。而目前工業(yè)β 鈦合金越來越廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域，例如鈦眼鏡架、微型移動(dòng) 電視、導(dǎo)航儀、手機(jī)、高爾夫球桿、漁具以及最近幾年的人體 植入材料等。然而為了穩(wěn)定β相在β型鈦合金中加入了大量 Mo、Nb、Ta、V等難熔高密度元素，導(dǎo)致β鈦合金密度大、生 產(chǎn)出無金屬夾雜的合格材料難，由于加入了價(jià)格昂貴的貴金屬 致使β鈦合金成本居高不下。因此，β鈦合金即使在軍工領(lǐng)域 也應(yīng)用有限，而民用領(lǐng)域應(yīng)用就更少了。為了使β鈦合金更廣 泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域迫切需要開發(fā)低成本、易產(chǎn)業(yè)化、性能不降 低的β鈦合金。

表1列出了從β鈦合金發(fā)明到目前各種類型β鈦合金的成 分和特征。No.1～13合金是傳統(tǒng)的β鈦合金，它們有的已經(jīng)商 品化，有的已經(jīng)被淘汰，即使商品化的合金應(yīng)用也不大。從表 中可以看出，這類合金大都加入了難熔、高密度、高價(jià)格的Mo、 Nb、Ta金屬，而工業(yè)生產(chǎn)鈦合金方法是真空自耗電弧熔煉法， 一旦出現(xiàn)上述金屬夾雜，即使重熔十次也不能完全消除，因此 它們的熔煉是個(gè)技術(shù)難關(guān)，這些合金的產(chǎn)品金屬夾雜是經(jīng)常產(chǎn) 生的。各個(gè)合金的其它優(yōu)缺點(diǎn)就不一一評(píng)述了，但值得一提的 是，其中No.9合金是美國(guó)近期開發(fā)的低成本β鈦合金，因?yàn)樗? 加入了4.5％的Fe(鐵)，使得可以采用Mo-Fe中間合金，從而 降低了合金成本。但該合金存在的問題是，Mo夾雜還可能產(chǎn)生， 更重要的是由于含有4.5％的Fe，合金出現(xiàn)β斑的可能性很大， 在航空航天應(yīng)用是絕對(duì)不允許出現(xiàn)β斑的。如Ti-10V-2Fe-3Al 合金出現(xiàn)富Fe的β斑，使得生產(chǎn)者在生產(chǎn)過程中不得不花大量 功夫來解決該問題。

表中No.14～16合金是含有12％以上V的β鈦合金，它們 的優(yōu)點(diǎn)是不含難熔高密度金屬，避免了金屬夾雜的產(chǎn)生，而且 降低了合金密度。但是由于大量V的加入使合金的抗氧化性下 降，很容易受到氧氣的玷污，致使氧化皮疏松，在熱加工和熱 處理過程中金屬損耗大，成品的表面質(zhì)量和性能受影響，其中 No.14合金尤為嚴(yán)重，盡管它有良好的冷加工性和低的合金密 度，但它成本很高，因?yàn)樗捎眉兘饘賄或高V-Al加入。

表中No.17～27合金是近期開發(fā)的用于人體植入材料的鈦 合金，由于不能加入V、Al等有害元素，同時(shí)需要具有與人骨 相近的楊氏彈性模量，而加入了大量Nb、Ta、Hf、Zr等金屬， 其中Nb、Ta、Hf是難熔、高密度、高價(jià)格金屬，顯然，第一個(gè) 問題是用目前工業(yè)生產(chǎn)手段，難以使它們合金化，目前多處于 實(shí)驗(yàn)室階段，解決它們合金化問題有待于新設(shè)備、新技術(shù)和新 工藝的突破。此外，由于Nb、Ta是β相低穩(wěn)定元素，表中合金 的加入量不足以穩(wěn)定β組織，??因此它們的固溶處理必須采用冰 水冷卻，使熱處理工藝復(fù)雜化。

綜上所述，現(xiàn)有的β鈦合金各自存在著不同的缺點(diǎn)，人們 期待著性能優(yōu)良、成本低廉、生產(chǎn)簡(jiǎn)便的β鈦合金的誕生。

表1β鈦合金表

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有β鈦合金存在的上述問題，本發(fā)明創(chuàng)造的目的 是提供成分簡(jiǎn)單、成本低、熔煉及熱加工和熱處理簡(jiǎn)便、力學(xué) 性能好的β鈦合金。

本發(fā)明創(chuàng)造解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種低成 本易生產(chǎn)β鈦合金，在Ti中加入由V、Cr、Al、Zr中的至少二 種元素組成的合金，其重量百分比為??V＝6～9％、Cr＝6～13％、 Al＝2.5～4.5％、Zr＝4～12％，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)元素， 其常規(guī)力學(xué)性能為σb＝900～100MPa，ψ＝40～65％，δ＝8～20％。

一種低成本易生產(chǎn)β鈦合金的制造方法，采用Al熱法生產(chǎn) 的V-Cr-Al中間合金破碎成粒1～5mm與海綿Ti按鈦合金的成 分含量進(jìn)行充分混合后壓成自耗電極，或者采用金屬Cr、海綿 Zr與海綿Ti按鈦合金的成分含量進(jìn)行充分混合后壓成自耗電 極，在真空自耗電弧爐中經(jīng)二至三次熔煉成鑄錠，按常規(guī)β鈦 合金鍛造和軋制工藝制成鈦合金材，對(duì)鈦合金材進(jìn)行固溶處理。

本發(fā)明創(chuàng)造與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：