[發明專利]一種高強度鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201410018652.8
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103695710A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張霞
• 申請（專利權）人: 張霞
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22F1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于合金材料領域，特別是涉及一種高強度鈦合金及其制備方法。

背景技術

醫用鈦合金指用于制造植入人體內的醫療器件、假體或人工器官和輔助治療設備的鈦合金，一般要求比強度高、力學性質接近人骨，強度遠優于純鈦，還具有耐疲勞、耐腐蝕及生物相容性優良等特點。目前在在醫學領域中廣泛使用的醫用鈦合金在抗拉強度等方面具有先天不足，導致廢品率和使用年限得到限制，上述問題已引起醫學界的強烈關注，急需研發一種強度較高，但是又不損害伸長率和斷面收縮率等性能的高強度鈦合金。

發明內容

本發明的目的之一在于提出一種高強度鈦合金；

本發明的目的之二在于提出一種高強度鈦合金的制備方法；

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種高強度鈦合金，按照重量百分比含量含有：Nb：21~24.5%，Zr：6.8~8.2%，Sn：8~9.6%，O：0.01~0.15%，RE：1.58~2.6%，Al：2.1~2.8%，C：1.2~1.8%，余量為Ti；

所述高強度鈦合金微觀結構中，表面的TiC相的平均直徑為1.2~2.6nm，中心的TiC相的平均直徑為2.8~3.8nm；表面的NbC相的平均直徑為1.6~3.1nm，中心的NbC相平均直徑為3.6~4.2nm；

所述高強度鈦合金的性能為：抗拉強度1010~1050MPa，彈性模量為67~82GPa，伸長率為11~19%，斷面收縮率為38~58%。

作為優選，按照重量百分比含量含有：Nb：23.5%，Zr：7.2%，Sn：8.9%，O：0.09%，RE：1.98%，Al：2.6%，C：1.28%，余量為Ti。

作為優選，按照重量百分比含量含有：Nb：21.5%，Zr：8.0%，Sn：9.1%，O：0.012%，RE：2.1%，Al：2.7%，C：1.69%，余量為Ti。

作為優選，所述高強度鈦合金微觀結構中，表面的TiC相的平均直徑為2.1nm，中心的TiC相的平均直徑為3.2nm；表面的NbC相的平均直徑為1.8nm，中心的NbC相平均直徑為3.9nm；

所述高強度鈦合金的性能為：抗拉強度1030MPa，彈性模量為69GPa，伸長率為18%，斷面收縮率為42%。

作為優選，所述高強度鈦合金微觀結構中，表面的TiC相的平均直徑為1.3nm，中心的TiC相的平均直徑為3.6nm；表面的NbC相的平均直徑為2.1nm，中心的NbC相平均直徑為3.65nm；

所述高強度鈦合金的性能為：抗拉強度1045MPa，彈性模量為75GPa，伸長率為12%，斷面收縮率為40%。

高強度鈦合金的制備方法，包含如下步驟：

（a）配料：按照Nb：21~24.5%，Zr：6.8~8.2%，Sn：8~9.6%，O：0.01~0.15%，RE：1.58~2.6%，Al：2.1~2.8%，C：1.2~1.8%，余量為Ti進行配料，其中Ti以海綿鈦，Zr以海綿鋯、Nb采用Ti-52Nb中間合金、Sn采用Ti-68Sn中間合金、RE采用混合稀土、Al和C采用Ti-Al-C中間合金，O為上述原料中殘留元素；

（b）熔煉：將步驟（a）配好的料壓制成電極，在真空自耗電弧爐中熔煉3~5次；

（c）均勻化退火：均勻化溫度為950~978℃，保持時間為15~22h，退火后進行扒皮去除氧化層；

（d）鍛造：鍛造加熱溫度為960~1005℃，保溫時間為86~100min，終鍛溫度為860~880℃；

（e）熱軋：軋制不進行中間退火，軋制道次為8~10；

（f）冷軋：冷軋的總變形量為80%；

（g）固溶熱處理：將冷軋板在箱式電阻爐中進行固溶熱處理，固溶溫度為830-850℃，保溫時間為2~5h，水淬；

（h）時效熱處理：分為如下五步：時效溫度為300~320℃，保溫時間為5~18min，水淬；再加熱到400~420℃進行第二次時效處理，時效時間為1~1.8h，水淬；再加熱到480~495℃進行第三次時效，時效時間為2~2.5h，水淬；再加熱到520~550℃進行第四次時效，時效時間為5~8h，水淬；再加熱到580~620℃進行第五次時效，水淬，得到高強度鈦合金成品。