專利名稱：一種低彈性模量的鑄造鈦合金的制作方法
一種低彈性模量的鑄造鈦合金
背景技術：
本發(fā)明涉及一種合金，具體是涉及一種低彈性模量的鑄造鈦合金。

背景技術：
鈦合金是一種密度小、強度高、耐腐蝕、無磁性的重要結構材料，廣泛應用于航空、 航天、武器裝備、海洋運輸、生物醫(yī)療、體育等各個領域。近年，隨著科學技術快速發(fā)展，對特 種性能鈦合金材料的需求日趨增加。低彈性模量的鈦合金在各類裝備制造領域也得到大量 需求。與常用鋼材料的彈性模量200GPa相比，鈦合金的彈性模量僅有l(wèi)lOGPa，屬于彈性模 量較低的材料。但對于一些特殊應用領域(如醫(yī)用植入材料)，要求彈性模量接近或低于 30GPa，常規(guī)鈦合金的彈性模量仍然偏大，無法應用。但一些特殊領域，只有比強度高、耐高 溫、耐腐蝕、無磁的鈦合金才能滿足要求，因此急需具有低彈性模量的鈦合金材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種低彈性模量的鈦合金材料，該合金材料在保證鈦合金高 強度的特點下，顯著降低了其彈性模量。
采用的技術方案是 —種低彈性模量的鑄造鈦合金材料，該合金材料的名義組成是Til9NbllTallZr， 化學組成(質量百分比)為Nb :18. 0 20. 0%，Ta :10. 0 12. 0%，Zr :9. 5 12. 5%，雜 質元素含量應控制在C《0. 10%、 Si《0. 15%、 Fe《0. 3%、 N《0. 05%、 H《0. 015%、 0《0. 15%，余量為Ti。
該合金的制備工藝步驟為 1、按合金質量百分比取18. 0 20. 0X的Nb、10. 0 12. 0%的Ta和9. 5 12. 5%
的Zr的海綿鈦、海綿鈮、海綿鉭、海綿鋯四種純金屬材料。 2、將上述四種海綿狀純金屬材料均勻的放置于圓筒形金屬模具(內徑應為熔煉 設備電極最大直徑的0.7 1.0倍)中，采用液壓機(如YC32-100)進行壓合，使之成為圓 棒狀(長度根據所采用的熔煉設備而定，一般應為電極最大行程0. 5 1. 0倍)，再在已壓 制的圓棒一端采用手工鎢極氬弧焊機(如NSA4-300)焊上真空自耗凝殼爐(ZN-80)熔煉所 需的電極頭，制成自耗電極備用。 3、將已制備的自耗電極(已壓制的合金棒)安裝于真空自耗凝殼爐的電極位置 上，再采用真空自耗凝殼爐完成合金的熔煉，最后采用鈦合金鑄造用精密鑄型或機加工石 墨型進行澆鑄，即可獲得需配制成分范圍內的鑄造鈦合金。 該合金的熱處理方案為將上述成分的鑄造鈦合金進行固溶熱處理，固溶熱 處理溫度為700-800°C，保溫0. 5-1. 5小時，水冷，再經時效熱處理，時效熱處理溫度為 480-58(TC，保溫6-10小時，空冷。 Til9NbllTallZr經固溶熱處理后常溫下的彈性模量為55 66GPa，抗拉強度可達 680 750MPa，屈服強度達550 650MPa，伸長率18 25%，斷面收縮率40 55% ;經時 效熱處理(480 58(TC保溫6 10小時空冷)后可達65 75GPa，室溫下抗拉強度720 850MPa，屈服強度670 820MPa，伸長率10 12%，斷面收縮率25 30%。 該材料的開發(fā)使鈦合金的彈性模量由llOGPa顯著降低到62GPa，更接近于人體及
動物體骨骼的彈性模量(10 30GPa)，減輕了鈦合金植入物"應力屏蔽"的影響。除彈性模
量低外，該材料還具有強度高的特點，可推廣應用于醫(yī)療植入，航空、航天、艦船等特殊結構
的應用，具有廣闊的應用前景。該材料可以采用鈦合金常用的鑄造或鍛造等方法進行成形。
具體實施方式

實施例一 鑄造合金的化學組成(質量百分比)為Nb :18.0%，Ta:10.0%，Zr :9. 5%，雜質元 素含量為C :0. 02%、Si :0. 05%、Fe :0. 08%、N :0. 01%、H :0. 005%、0 :0. 05%，余量為Ti。
將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進行熱處理固溶熱處理溫度72(TC，保溫
0. 5小時，水冷，再經時效熱處理，時效熱處理溫度為480°C ，保溫6小時，空冷。 Til9NbllTallZr經固溶熱處理后常溫下的彈性模量為57GPa，抗拉強度695MPa， 屈服強度達585MPa，伸長率24%，斷面收縮率54% ;經時效熱處理后彈性模量可達67GPa， 室溫下抗拉強度780MPa，屈服強度690MPa，伸長率12%，斷面收縮率29%。
實施例二 鑄造合金的化學組成(質量百分比)為Nb:19.0X，Ta:11.0X，Zr:10. 5%，雜質 元素含量為C :0. 04%、 Si :0. 03%、 Fe :0. 10%、 N :0. 02%、 H :0. 008%、 0 :0. 10%，余量為 Ti。 將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進行熱處理固溶熱處理溫度75(TC，保溫1
小時，水冷，再經時效熱處理，時效熱處理溫度為530°C ，保溫8小時，空冷。 Til9NbllTallZr經上述熱處理后常溫下的彈性模量為60GPa，抗拉強度710MPa，
屈服強度達625MPa，伸長率22%，斷面收縮率50% ;經時效熱處理后彈性模量可達69GPa，
室溫下抗拉強度805MPa，屈服強度750MPa，伸長率11%，斷面收縮率28 % 。 實施例三 鑄造合金的化學組成(質量百分比)為Nb:20.0X，Ta:12.0X，Zr:12.5X，雜質 元素含量為C :0. 08%、 Si :0. 09%、 Fe :0. 12%、 N :0. 014%、H :0. 007%、 0 :0. 06%，余量為 Ti。 將上述成分的鑄造鈦合金按下述工藝進行熱處理固溶熱處理溫度80(TC，保溫
1. 5小時，水冷，再經時效熱處理，時效熱處理溫度為58(TC，保溫10小時，空冷。 Til9NbllTallZr經固溶熱處理后常溫下的彈性模量為63GPa，抗拉強度735MPa， 屈服強度達640MPa，伸長率19%，斷面收縮率42% ;經時效熱處理后彈性模量可達73GPa， 室溫下抗拉強度835MPa，屈服強度805MPa，伸長率10. 5%，斷面收縮率26%。
權利要求
一種低彈性模量的鑄造鈦合金，其特征在于該鈦合金名義組是Ti19Nb11Ta11Zr，化學組成以質量百分比計為Nb 18.0～20.0％、Ta 10.0～12.0％，Zr 9.5～12.5％，雜質元素含量應控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.3％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為鈦。
2. 根據權利要求1所述的一種低彈性模量的鑄造鈦合金的熱處理方法，包括下述工 藝步驟將上述化學成分的鑄造鈦合金進行固溶熱處理，水冷，再經時效熱處理，空冷，其特 征在于上述的固溶熱處理溫度為700-80(TC，保溫0. 5-1. 5小時，上述的時效熱處理溫度為 480-58(TC，保溫6-10小時。
全文摘要
一種低彈性模量的鑄造鈦合金，該鈦合金名義組是Ti19Nb11Ta11Zr，化學組成以質量百分比計為Nb 18.0～20.0％、Ta 10.0～12.0％，Zr 9.5～12.5％，雜質元素含量應控制在C≤0.10％、Si≤0.15％、Fe≤0.3％、N≤0.05％、H≤0.015％、O≤0.15％，余量為鈦。本發(fā)明使鈦合金的彈性模量由110GPa顯著降低到62GPa，更接近于人體及動物體骨骼的彈性模量(10～30GPa)，減輕了鈦合金植入物“應力屏蔽”的影響。除彈性模量低外，該材料還具有強度高的特點，可推廣應用于醫(yī)療植入，航空、航天、艦船等特殊結構的應用，具有廣闊的應用前景。該材料可以采用鈦合金常用的鑄造或鍛造等方法進行成形。
文檔編號C22F1/18GK101760669SQ20091024886
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者劉宏宇, 劉時兵, 史昆, 蘇貴橋, 謝華生 申請人:沈陽鑄造研究所