CN108251696A - 具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法 - Google Patents

具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108251696A
CN108251696A CN201810312685.1A CN201810312685A CN108251696A CN 108251696 A CN108251696 A CN 108251696A CN 201810312685 A CN201810312685 A CN 201810312685A CN 108251696 A CN108251696 A CN 108251696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium
zirconium
flexibility
superelastic alloy
alloy material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810312685.1A
Other languages
English (en)
Inventor
林恒
张伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201810312685.1A priority Critical patent/CN108251696A/zh
Publication of CN108251696A publication Critical patent/CN108251696A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon

Abstract

本发明公开了一种具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法，该材料按质量百分比计包含以下元素：铌30.5～31.5%，锆7.2～8.3%，氧0.25～0.60%，铁小于或等于0.1%，氮小于或等于0.01%，碳小于或等于0.08%，氢小于或等于0.0125%，余量为钛。本发明还提供了该具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法。本发明提供的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法，所得的材料自身无毒、无污染、耐腐蚀、耐高温，具有超高的抗拉强度、低杨氏模量和剪切模量，冷加工断面收缩率极高，可在常温下加工成形。

Description

具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料及其制备方法，具体地，涉及一种具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法。
背景技术
合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。在工业上合金材料，比如铝合金等，应用范围非常广泛。然而合金材料也具有一定的缺点，比如不耐腐蚀、不抗老化、强度差、韧性差等，如果要克服这些缺点一般都需要需要提高造价、成本。特别是目前高强度合金的柔韧度较差，无法满足电子产品、汽车、医疗等领域的特殊需求，如折叠式电子产品等。医疗领域应用的合金大多含有镍，容易造成皮肤过敏等症状。
发明内容
本发明的目的是提供一种合金材料及其制备方法，所得的材料自身无毒、无污染、耐腐蚀、耐高温，具有超高的抗拉强度、低杨氏模量和剪切模量，冷加工断面收缩率极高，可在常温下加工成形。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料，其中，所述的材料按质量百分比计包含以下元素：铌（Nb）30.5～31.5%，锆（Zr）7.2～8.3%，氧（O）0.25～0.60%，铁（Fe）小于或等于0.1%，氮（N）小于或等于0.01%，碳（C）小于或等于0.08%，氢（H）小于或等于0.0125%，余量为钛（Ti）。
本发明还提供了上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，将铌和锆按比例核算，混合配好铌锆合金包，并按用量比例取钛；步骤2，将铌锆混合物合金包和钛投入压机模具中，制备成金属电极块；步骤3，将步骤2所得的单块金属电极块组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极，投入真空自耗电极式电弧熔炉（VAR）中，制成钛铌锆超弹合金毛坯锭；步骤4，将毛坯锭放入加热炉升温到锻造所需温度后，放置在锻机上进行开坯锻造，锻成适合于热轧机加工规格的坯料；步骤5，坯料经过热轧机加工成热轧板，经退火处理后，裁成适合于冷轧机加工规格的板坯；步骤6，热板坯经冷轧机轧至一定厚度时，进行退火，空冷后继续冷轧成卷材，经过裁边、清洗后出成品。所得的成品密度：5.14克/立方厘米。各步骤加工工艺条件无特别说明则采用本领域技术人员公知的常规条件。真空自耗电极式电弧熔炉（VAR），是在真空环境下感应熔炼炉生产的自耗电极通过可控交流电弧加热熔炼，目前生产钛及钛合金铸锭的基本方法即为真空自耗电弧熔炼。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤1中，钛选用0A级小颗粒海绵钛，铌采用纯度在99.95%及以上的铌棒削成屑状，锆选用工业一级小颗粒海绵锆。在钛的冶炼过程中，通过镁还原-蒸馏工艺，得到的产物（钛）形似海绵，因而得名海绵钛，海绵钛按杂质含量分为几个级别，最高0级，纯度大概99.7%，0级中质量最好的为0A。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤3中，将单块金属电极块用氩气保护等离子焊、真空等离子焊或电子束焊的方法中的任意一种组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤4中，将升温后的毛坯锭放置在3500吨以上的锻机上进行开坯锻造。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤5中，坯料经过热轧机加工成3.0mm厚的热轧板。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤6中，热板坯经冷轧机轧至1.0mm（正公差）厚度时，进行退火，退火温度840℃。需要成品即为1.0mm厚时不做退火处理。
上述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其中，所述的步骤6中，退火后的材料空冷后继续冷轧成0.3mm厚的卷材。
本发明提供的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法具有以下优点：
1、该材料具有超高强度的同时，其韧性是普通金属的数十倍，因此应用领域更加广泛，甚至可以应用于极寒/极热的环境下。
2、冷加工断面收缩率达90%以上，因此可以利用普通的生产设备在常温下进行成形加工，塑性较好，可以解决有些形状用一般钛合金无法成形的问题。
3、不会对人体产生过敏反应，可更有效广泛的利用与医疗领域。
4、材料在变形后可恢复原来的形状，可用于记忆性材料的产品。
附图说明
图1为本发明的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的不同的冷加工变形量图。
图2a~2d为本发明的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的在不同比例下的微观组织状态图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料，该材料按质量百分比计包含以下元素：铌（Nb）30.5～31.5%，锆（Zr）7.2～8.3%，氧（O）0.25～0.60%，铁（Fe）小于或等于0.1%，氮（N）小于或等于0.01%，碳（C）小于或等于0.08%，氢（H）小于或等于0.0125%，余量为钛（Ti）。
本发明还提供了该具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，该方法方法包含：
步骤1，将铌和锆按比例核算，混合配好铌锆合金包，并按用量比例取钛。
步骤2，将铌锆混合物合金包和钛投入压机模具中，制备成金属电极块。
步骤3，将步骤2所得的单块金属电极块组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极，投入真空自耗电极式电弧熔炉（VAR）中，制成钛铌锆超弹合金毛坯锭。
真空自耗电极式电弧熔炉（VAR），是在真空环境下感应熔炼炉生产的自耗电极通过可控交流电弧加热熔炼，目前生产钛及钛合金铸锭的基本方法即为真空自耗电弧熔炼。
步骤4，将毛坯锭放入加热炉升温到锻造所需温度后，放置在锻机上进行开坯锻造，锻成适合于热轧机加工规格的坯料。
步骤5，坯料经过热轧机加工成热轧板，经退火处理后，裁成适合于冷轧机加工规格的板坯。
步骤6，热板坯经冷轧机轧至一定厚度时，进行退火，空冷后继续冷轧成卷材，经过裁边、清洗后出成品。
步骤1中，钛选用0A级小颗粒海绵钛，铌采用纯度在99.95%及以上的铌棒削成屑状，锆选用工业一级小颗粒海绵锆。在钛的冶炼过程中，通过镁还原-蒸馏工艺，得到的产物（钛）形似海绵，因而得名海绵钛，海绵钛按杂质含量分为几个级别，最高0级，纯度大概99.7%，0级中质量最好的为0A。
步骤3中，将单块金属电极块用氩气保护等离子焊、真空等离子焊或电子束焊的方法中的任意一种组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极。
步骤4中，将升温后的毛坯锭放置在3500吨以上的锻机上进行开坯锻造。
步骤5中，坯料经过热轧机加工成3.0mm厚的热轧板。
步骤6中，热板坯经冷轧机轧至1.0mm（正公差）厚度时，进行退火，退火温度840℃。需要成品即为1.0mm厚时不做退火处理。步骤6中，退火后的材料空冷后继续冷轧成0.3mm厚的卷材。
各步骤加工工艺条件无特别说明则采用本领域技术人员公知的常规条件。
所得的成品密度：5.14克/立方厘米。
下面结合实施例对本发明提供的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法做更进一步描述。
实施例1~5
一种具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料，其原料包含：。
各实施例的原料成分配比如下表1所示。
本发明还提供了该具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，该方法包含：
步骤1，按实施例1的比例，将铌和锆按进行核算，混合配好铌锆合金包，并按用量取钛。
钛选用0A级小颗粒海绵钛，铌采用纯度在99.95%及以上的铌棒削成屑状，锆选用工业一级小颗粒海绵锆。在钛的冶炼过程中，通过镁还原-蒸馏工艺，得到的产物（钛）形似海绵，因而得名海绵钛，海绵钛按杂质含量分为几个级别，最高0级，纯度大概99.7%，0级中质量最好的为0A。
步骤2，将铌锆混合物合金包和钛投入压机模具中，制备成金属电极块。
步骤3，将步骤2所得的单块金属电极块用氩气保护等离子焊、真空等离子焊或电子束焊的方法中的任意一种组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极，投入真空自耗电极式电弧熔炉（VAR）中，制成钛铌锆超弹合金毛坯锭。
真空自耗电极式电弧熔炉（VAR），是在真空环境下感应熔炼炉生产的自耗电极通过可控交流电弧加热熔炼，目前生产钛及钛合金铸锭的基本方法即为真空自耗电弧熔炼。
步骤4，将毛坯锭放入加热炉升温到锻造所需温度后，放置在3500吨以上的锻机上进行开坯锻造，锻成适合于热轧机加工规格的坯料。
步骤5，坯料经过热轧机加工成3.0mm厚的热轧板，经退火处理后，裁成适合于冷轧机加工规格的板坯。
步骤6，热板坯经冷轧机轧至1.0mm（正公差）厚度时，进行退火，退火温度840℃。空冷后继续冷轧成0.3mm厚的卷材，经过裁边、清洗后出成品。
需要成品即为1.0mm厚时不做退火处理。
各步骤加工工艺条件无特别说明则采用本领域技术人员公知的常规条件。
所得的成品密度：5.14克/立方厘米。不同的冷加工变形量和力学性能如下表2和图1所示，完成品微观组织状态参见图2a~2d所示。
表2.力学性能表。
本发明提供的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法，所得的钛铌锆超弹合金材料主要由钛（Ti）、铌（Nb）、锆（Zr）三种合金构成，其自身成分构成、微观组织状态，以及利用该钛铌锆超弹合金材料作为任何领域的材料或产品时都具有自身的特点，如无毒、无污染、耐腐蚀、耐高温，具有超高的抗拉强度、低杨氏模量和剪切模量，冷加工断面收缩率极高，可在常温下加工成形等。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料，其特征在于，所述的材料按质量百分比计包含以下元素：铌30.5～31.5%，锆7.2～8.3%，氧0.25～0.60%，铁小于或等于0.1%，氮小于或等于0.01%，碳小于或等于0.08%，氢小于或等于0.0125%，余量为钛。
2.一种如权利要求1所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，将铌和锆按比例核算，混合，并按用量比例取钛；
步骤2，将铌锆混合物和钛投入压机模具中，制备成电极块；
步骤3，将步骤2所得的单块电极块组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极，投入真空自耗电极式电弧熔炉中，制成钛铌锆超弹合金毛坯锭；
步骤4，将毛坯锭放入加热炉升温后，放置在锻机上进行开坯锻造，锻成适合于热轧机加工规格的坯料；
步骤5，坯料经过热轧机加工成热轧板，经退火处理后，裁成适合于冷轧机加工规格的板坯；
步骤6，热板坯经冷轧机轧至一定厚度时，进行退火，空冷后继续冷轧成卷材，经过裁边、清洗后出成品。
3.如权利要求2所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，钛选用0A级小颗粒海绵钛，铌采用纯度在99.95%及以上的铌棒削成屑状，锆选用工业一级小颗粒海绵锆。
4.如权利要求2所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，将单块电极块用氩气保护等离子焊、真空等离子焊或电子束焊的方法中的任意一种组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极。
5.如权利要求2所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，将升温后的毛坯锭放置在3500吨以上的锻机上进行开坯锻造。
6.如权利要求2所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，坯料经过热轧机加工成3.0mm厚的热轧板。
7.如权利要求2所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤6中，热板坯经冷轧机轧至1.0mm厚度时，进行退火，退火温度840℃。
8.如权利要求7所述的具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤6中，退火后的材料空冷后继续冷轧成0.3mm厚的卷材。
CN201810312685.1A 2018-04-09 2018-04-09 具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法 Pending CN108251696A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810312685.1A CN108251696A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810312685.1A CN108251696A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108251696A true CN108251696A (zh) 2018-07-06

Family

ID=62748015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810312685.1A Pending CN108251696A (zh) 2018-04-09 2018-04-09 具有高强度高柔韧性的钛铌锆超弹合金材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108251696A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1490421A (zh) * 2003-08-08 2004-04-21 西北有色金属研究院 一种血管支架用β型钛合金
CN1648268A (zh) * 2003-12-25 2005-08-03 中国科学院金属研究所 一种超弹性低模量钛合金及制备和加工方法
CN1851010A (zh) * 2006-04-25 2006-10-25 清华大学 铝钛硼稀土细化剂及其制备方法
CN102424923A (zh) * 2011-11-29 2012-04-25 黄冈华尔铝合金有限公司 A1-Ti-B-稀土RE晶粒细化剂及其制备方法
CN104962777A (zh) * 2015-06-11 2015-10-07 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 用于机械密封件的钛合金及其制备方法
CN105108339A (zh) * 2015-08-31 2015-12-02 沈阳海纳鑫科技有限公司 一种基于钛及钛合金金属丝材的增材制造方法
CN105714149A (zh) * 2014-12-04 2016-06-29 北京有色金属研究总院 一种超弹性低弹性模量钛合金材料及其制备方法和应用
CN106756149A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 南京云开合金有限公司 一种铝钛硼碳锆稀土细化剂、其制备方法及其应用
CN107739885A (zh) * 2017-10-10 2018-02-27 东南大学 一种高强度高弹性钛合金及制备方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1490421A (zh) * 2003-08-08 2004-04-21 西北有色金属研究院 一种血管支架用β型钛合金
CN1648268A (zh) * 2003-12-25 2005-08-03 中国科学院金属研究所 一种超弹性低模量钛合金及制备和加工方法
CN1851010A (zh) * 2006-04-25 2006-10-25 清华大学 铝钛硼稀土细化剂及其制备方法
CN102424923A (zh) * 2011-11-29 2012-04-25 黄冈华尔铝合金有限公司 A1-Ti-B-稀土RE晶粒细化剂及其制备方法
CN105714149A (zh) * 2014-12-04 2016-06-29 北京有色金属研究总院 一种超弹性低弹性模量钛合金材料及其制备方法和应用
CN104962777A (zh) * 2015-06-11 2015-10-07 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 用于机械密封件的钛合金及其制备方法
CN105108339A (zh) * 2015-08-31 2015-12-02 沈阳海纳鑫科技有限公司 一种基于钛及钛合金金属丝材的增材制造方法
CN106756149A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 南京云开合金有限公司 一种铝钛硼碳锆稀土细化剂、其制备方法及其应用
CN107739885A (zh) * 2017-10-10 2018-02-27 东南大学 一种高强度高弹性钛合金及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHAOHUI LI ET AL.: "Biological Properties of Ti-Nb-Zr-O nanosturctures Grown on Ti35Nb5Zr Alloy", 《JOURNAL OF NANOMATERIALS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100393473C (zh) 高强双相钛合金用焊丝
CN102212716B (zh) 一种低成本的α+β型钛合金
CN111411285A (zh) 一种Al和Ti微合金化高强韧中熵合金及其制备方法
CN106521238B (zh) 含纳米Y2O3的细晶高强TiAl合金及其制备方法
Freese et al. Metallurgy and technological properties of titanium and titanium alloys
JP2022532738A (ja) 粉末用ニッケル基合金および粉末の製造方法
CN107267838A (zh) 一种利用热磁耦合制备具有高强韧细晶高熵合金的方法
CN108220681B (zh) 一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法
CN107847993A (zh) 热轧用钛坯料
CN107022696B (zh) 一种生物医用亚稳定β型Zr-Nb合金铸锭及其制备方法
CN102978438B (zh) 一种可冷轧及热处理强化的中高强钛合金
CN112916870B (zh) 一种中高熵合金材料的制备方法
CN111485138B (zh) 一种冷加工态钴基合金棒丝材的制备方法
CN108531774A (zh) 一种高硬度钛合金及其制备方法
CN107460370A (zh) 一种低成本高强度高塑性亚稳β钛合金及其制备方法
CN112195317B (zh) 一种异构结构高熵合金的冷轧复合激光表面退火工艺方法
CN104073684A (zh) 含Cr和Mn元素的钛合金及其制备方法
WO2014148211A1 (ja) チタン板
CN114657417B (zh) 一种适合冷变形加工的高强塑性钛合金及其制备方法
Bolzoni Low-cost Fe-bearing powder metallurgy Ti alloys
CN104313394A (zh) 一种可添加钛残料的低成本钛合金
CN109402431A (zh) 一种Ti6Al7Nb钛合金铸锭的制备方法
CN109266906A (zh) 一种β型钛合金材料及其制备方法和应用
CN107746993A (zh) 一种高强度高塑性α+β型钛合金及其制备方法
CN108277447A (zh) 一种钛合金板材的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180706

RJ01 Rejection of invention patent application after publication