[发明专利]一种低弹性模量亚稳β钛合金及制备方法

摘要

本发明涉及一种钛合金材料，特别是一种加工性能优异的多功能生物医用亚稳β钛合金材料，属于钛合金材料制备技术领域。该合金的成分范围以质量百分比计为Ti‑(18～27%)Nb‑（0.5～2%）Mo‑(3～5%)Zr‑(7～9%)Sn‑(0.1～0.3%)O。该钛合金具有良好的综合性能，通过不同的热处理可以调控合金的强度和弹性模量。该合金的弹性模量E为40～73GPa，屈服强度为σ0.2=260～864MPa、抗拉强度为σb=686～1094MPa、伸长率为ε=4～20%，断面收缩率为：20～52%。该钛合金不含Al、V等毒性元素，具有优异的耐蚀性和生物相容性，冷加工性能优异。该钛合金可以用来制造人工骨、人工关节、接骨板等用于组织修复或替代材料。

主权项

一种低弹性模量亚稳β钛合金，其成分以质量百分比计为：19wt％Nb‑1wt％Mo‑4wt％Zr‑7wt％Sn‑0.2wt％O，余量为Ti；其制备方法，包括以下步骤：步骤一：配料按设计的β钛合金的成分配取各组分，混合均匀，压制成型，得到坯料；步骤二：合金制备将步骤一所得坯料作为自耗电极，进行3次真空自耗电弧熔炼，冷却，得到低弹性模量亚稳β钛合金锭；熔炼时，控制熔炼炉内的真空度≤10‑2Pa；熔炼的温度为1600℃，每次熔炼的时间为30min；所得合金锭在保护气氛下均匀化退火，均匀化温度为1000℃，时间为12h，在电阻炉中960℃保温120min，然后在自由锻造机上进行开坯锻造，得到锻坯；锻坯经总变形量为80％的冷轧处理制备成冷轧板，冷轧板进行固溶处理、水淬，得到固溶态板材，所述固溶处理的温度为900℃，保温时间为30min；固溶态板材加热至500℃，保温：10min或1h，水淬，得到时效态板材，时效态板材的弹性模量为E＝48或52GPa、屈服强度为σ0.2＝480或665MPa、抗拉强度为σb＝790或950MPa、伸长率为ε＝8％，断面收缩率为：28％或27％；或β钛合金成分以质量百分比计为：19wt％Nb‑1.5wt％Mo‑4wt％Zr‑8wt％Sn‑0.3wt％O，余量为Ti；其制备方法，包括以下步骤：步骤一：配料按设计的β钛合金的成分配取各组分，混合均匀，压制成型，得到坯料；步骤二：合金制备将步骤一所得坯料作为自耗电极，进行3次真空自耗电弧熔炼，冷却，得到低弹性模量亚稳β钛合金锭；熔炼时，控制熔炼炉内的真空度≤10‑2Pa；熔炼的温度为1700℃，每次熔炼的时间为45min；所得合金锭在保护气氛下均匀化退火，均匀化温度为1000℃，时间为12h，在电阻炉中960℃保温120min，然后在自由锻造机上进行开坯锻造，得到锻坯；锻坯经总变形量为80％的冷轧处理制备成冷轧板，冷轧板进行固溶处理、水淬，得到固溶态板材，所述固溶处理的温度为900℃，保温时间为30min；固溶态板材加热至550℃，保温：30min或2h，水淬，得到时效态板材，时效态板材的弹性模量为E＝48或50GPa、屈服强度为σ0.2＝412Mpa或597Mp、抗拉强度为σb＝825或987MPa、伸长率为ε＝10％或5％，断面收缩率为：33％或23％；或β钛合金成分以质量百分比计为：18wt％Nb‑1.5wt％Mo‑4wt％Zr‑7wt％Sn‑0.2wt％O，余量为Ti；其制备方法，包括以下步骤：步骤一：配料按设计的β钛合金的成分配取各组分，混合均匀，压制成型，得到坯料；步骤二：合金制备将步骤一所得坯料作为自耗电极，进行2次真空自耗电弧熔炼，冷却，得到低弹性模量亚稳β钛合金锭；熔炼时，控制熔炼炉内的真空度≤10‑2Pa；熔炼的温度为1650℃，每次熔炼的时间为60min；所得合金锭在保护气氛下均匀化退火，均匀化温度为1000℃，时间为12h，在电阻炉中960℃保温90min，然后在自由锻造机上进行开坯锻造，得到锻坯；锻坯经总变形量为75％的冷轧处理制备成冷轧板，冷轧板进行固溶处理、水淬，得到固溶态板材，所述固溶处理的固溶温度为830℃，保温时间为60min；固溶态板材加热至500℃，保温：10min或1h，水淬，得到时效态板材，时效态板材的弹性模量为E＝50或55GPa、屈服强度为σ0.2＝495Mpa或650Mp、抗拉强度为σb＝805或963MPa、伸长率为ε＝8％，断面收缩率为：28％或27％。