CN102191408A

CN102191408A - 一种低弹性模量亚稳β钛合金

Info

Publication number: CN102191408A
Application number: CN 201110184053
Authority: CN
Inventors: 牛金龙; 于振涛; 刘少辉; 贺新杰; 张亚峰; 韩建业; 麻西群; 刘春潮; 袁思波; 余森; 皇甫强
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102191408B

Abstract

本发明公开了一种低弹性模量亚稳β钛合金，该钛合金以钛为主体元素，以β相稳定元素和中性元素为合金元素，其中β相稳定元素为钼和铌，中性元素为锆和锡；所述钛合金在固溶退火状态下的拉伸弹性模量低至50GPa。本发明的亚稳β钛合金材料在经固溶退火后具有近800MPa的室温抗拉强度和低至50GPa的拉伸弹性模量，塑性延伸率超过30％，面缩率超过50％；将固溶退火后的亚稳β钛合金材料再经固溶时效热处理后，该钛合金的室温抗拉强度可高达1100MPa，弹性模量为约80GPa，塑性延伸率依然保持在10％以上，同时，本发明的亚稳β钛合金材料无生物有害元素，安全、可靠，可广泛应用于医疗器械的制造中。

Description

一种低弹性模量亚稳β钛合金

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种低弹性模量亚稳β钛合金。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、无磁性的特点。作为结构材料和功能材料，钛合金广泛应用于航空、航天、航海、化工、医疗和体育制品等领域。医用钛合金在矫形外科、齿科等领域已广泛使用。目前纳入国际、国内标准的医用钛及钛合金有纯钛、Ti6Al4V、Ti6Al7Nb、Ti13Nb13Zr等。Ti6Al4V、Ti6Al7Nb钛合金具有较高的强度和较高的弹性模量，况且有铝和钒元素的潜在危害，虽然目前仍在大量使用，但研制和使用新型低模量、无潜在危害元素的医用钛合金已经是大势所趋。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有良好的生物相容性、较低的弹性模量和较高强度的亚稳β钛合金。该钛合金材料的弹性模量更接近于人体骨组织的弹性模量，采用该钛合金材料制造的人体医疗器械能够减少或避免对骨组织的应力遮蔽，减小医疗器械的规格和重量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低弹性模量亚稳β钛合金，其特征在于，该钛合金以钛为主体元素，以β相稳定元素和中性元素为合金元素，其中β相稳定元素为钼和铌，中性元素为锆和锡；所述钛合金在固溶退火状态下的拉伸弹性模量低至50GPa。

上述的一种低弹性模量亚稳β钛合金，所述亚稳β钛合金成分含量按重量百分比计为：钼10.0％～13.0％，铌2.0％～6.0％，锆4.5％～7.5％，锡3.5％～5.5％，余量为钛和不可避免的杂质。

上述的一种低弹性模量亚稳β钛合金，所述亚稳β钛合金中杂质含量按重量百分比计为：铁≤0.35％，碳≤0.10％，氮≤0.05％，氧≤0.18％，氢≤0.010％，其他杂质元素含量均≤0.10％；所述其他杂质元素为Al、V、Ni、Cr、Mn、Cu和Si。

本发明的亚稳β钛合金制造方法如下：按照β钛合金材料的成分进行原料的配比，将原料按常规方法经二次真空自耗电弧炉熔炼，然后依次经开坯锻造、中间锻造和热轧等常规钛合金加工工艺，得到亚稳β钛合金棒。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的亚稳β钛合金具有良好的生物相容性、较低的弹性模量和较高的强度，该钛合金材料的弹性模量更接近于人体骨组织的弹性模量，采用该钛合金材料制造的人体医疗器械能够减少或避免对骨组织的应力遮蔽，减小医疗器械的规格和重量。

2、本发明的亚稳β钛合金材料在经固溶退火后具有近800MPa的室温抗拉强度和低至50GPa的拉伸弹性模量，塑性延伸率超过30％，面缩率超过50％；将固溶退火后的亚稳β钛合金材料再经固溶时效热处理后，该钛合金的室温抗拉强度可高达1100MPa以上，弹性模量为约80GPa，塑性延伸率依然保持在10％以上，同时，本发明的亚稳β钛合金材料无生物有害元素，安全、可靠，可广泛应用于医疗器械的制造中。

3、本发明的亚稳β钛合金的制备方法简单，按照常规合金制备方法即可制得。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

一种低弹性模量亚稳β钛合金，其成分含量按重量百分比计为：钼10.0％，铌2.9％，锆5.0％，锡4.5％，余量为钛和不可避免的杂质，杂质中：铁0.05％，碳0.02％，氮0.01％，氧0.12％，氢0.005％，其他杂质元素均≤0.10％；所述其他杂质元素为Al、V、Ni、Cr、Mn、Cu和Si。

本实施例的制备方法为：按照β钛合金材料的成分进行原料的配比，将原料按常规方法经二次真空自耗电弧炉熔炼，然后依次经开坯锻造、中间锻造和热轧等常规钛合金加工工艺，得到亚稳β钛合金棒。

将本实施例的β钛合金棒在850℃固溶退火30min后空冷，然后测量固溶退火后的β钛合金棒的室温抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、塑性延伸率A、面缩率Z和弹性模量E，结果见表1；对经固溶退火后的β钛合金棒在500℃固溶时效热处理8h后空冷，然后测量固溶时效热处理后的β钛合金棒的室温抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、塑性延伸率A、面缩率Z和弹性模量E，结果见表1。

实施例2

一种低弹性模量亚稳β钛合金，其成分含量按重量百分比计为：钼11.9％，铌2.0％，锆7.5％，锡5.5％，余量为钛和不可避免的杂质，杂质中：铁0.35％，碳0.10％，氮0.05％，氧0.18％，氢0.010％，其他杂质元素均≤0.10％；所述其他杂质元素为Al、V、Ni、Cr、Mn、Cu和Si。

本实施例的制备方法同实施例1。

实施例3

一种低弹性模量亚稳β钛合金，其成分含量按重量百分比计为：钼13.0％，铌6.0％，锆4.5％，锡3.5％，余量为钛和不可避免的杂质，杂质中：铁0.08％，碳0.05％，氮0.01％，氧0.08％，氢0.001％，其他杂质元素均≤0.10％；所述其他杂质元素为Al、V、Ni、Cr、Mn、Cu和Si。

本实施例的制备方法同实施例1。

表1实施例1至3的亚稳β钛合金性能检测结果

本发明的亚稳β钛合金材料在经固溶退火后具有近800MPa的室温抗拉强度和低至50GPa的拉伸弹性模量，塑性延伸率超过30％，面缩率超过50％；将固溶退火后的亚稳β钛合金材料再经固溶时效热处理后，该钛合金的室温抗拉强度可高达1100MPa以上，弹性模量为约80GPa，塑性延伸率依然保持在10％以上，同时，本发明的亚稳β钛合金材料无生物有害元素，安全、可靠，可广泛应用于医疗器械的制造中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种低弹性模量亚稳β钛合金，其特征在于，该钛合金以钛为主体元素，以β相稳定元素和中性元素为合金元素，其中β相稳定元素为钼和铌，中性元素为锆和锡；所述钛合金在固溶退火状态下的拉伸弹性模量低至50GPa。

2.根据权利要求1所述的一种低弹性模量亚稳β钛合金，其特征在于，所述亚稳β钛合金成分含量按重量百分比计为：钼10.0％～13.0％，铌2.0％～6.0％，锆4.5％～7.5％，锡3.5％～5.5％，余量为钛和不可避免的杂质。

3.按照权利要求2所述的一种低弹性模量亚稳β钛合金，其特征在于，所述亚稳β钛合金中杂质含量按重量百分比计为：铁≤0.35％，碳≤0.10％，氮≤0.05％，氧≤0.18％，氢≤0.010％，其他杂质元素含量均≤0.10％；所述其他杂质元素为Al、V、Ni、Cr、Mn、Cu和Si。