[发明专利]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

说明书

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。

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。