【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钛合金领域，尤其是一种具备二维超弹性的柔韧钛合金板材及其制备方法。
技术介绍
1、超弹性材料在航空航天领域具有重要作用。目前广泛使用的超弹性材料主要以niti基材料为主，此类材料只能在室温附近50℃范围内使用，无法满足外太空等极端环境的使用需求。
2、近年来发现，钛铌基合金可以具备超弹性，目前公开的钛合金超弹板材技术方案均不涉及成分、轧制工艺、后变形处理共同作用下对超弹性能的调控。因此获得的钛合金板材不具备二维超弹性，无法满足对方向敏感的超弹器件的使用需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具备二维超弹性的柔韧钛合金板材及其制备方法，解决目前钛合金无法具备二维超弹性的问题。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，柔韧钛合金板材的成分由钛、铌、锆、锡和氧原子组成，组织由单一体心立方结构β相组成；该钛合金板材具有面内二维超弹性能：在-75～110℃温度区间，合金板材面内各方向的可回复应变大于1.2％，其中-75℃时的可回复应变大于3.0％，20℃时的可回复应变大于2.3％，110℃时的可回复应变大于1.2％。
4、所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，β相的晶格常数为0.328～0.331纳米。
5、所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，按原子百分比计，柔韧钛合金板材的成分含量如下：nb 13～16％，zr 2～3％，sn 3～5％，o 0.4～0.6％，余量为ti。
6、所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法，通过限定nb、zr、sn原子比值与轧制工艺，调节合金中析出相与母相的晶格错配应变与体积分数，从而使合金沿二维方向获得超弹性能。
7、所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法，该制备方法按以下步骤依次进行：
8、(1)制备合金板坯，使合金成分由ti、nb、zr、sn、o组成，原子百分比满足：nb 13～16％，zr 2～3％，sn 3～5％，o 0.4～0.6％，余量为ti；
9、(2)压制合金电极，并进行真空熔炼；
10、(3)在700～1100℃范围进行锻造开坯，变形量控制15～40％，以10～30℃/分钟的冷却速率冷却至室温，之后升温至300～850℃，保温5～30分钟；
11、(4)轧制，轧制温度为步骤(3)中最后达到的温度，轧制压下量20～60％；
12、(5)冷却，控制冷却速率20℃/分钟，冷却至步骤(4)中终轧温度以下50℃的温度；
13、(6)保温，保温温度为步骤(5)中最后达到的温度，保温时间1～2小时，之后升温至500～600℃；
14、(7)轧制，控制轧制方向与步骤(4)相垂直，轧制温度为步骤(6)中最后达到的温度，轧制压下量10～30％；
15、(8)冷却，控制冷却速率20℃/分钟，冷却至室温，之后升温至200～550℃，保温5～30分钟；
16、(9)轧制，控制轧制方向与步骤(4)相平行，轧制温度为步骤(8)中最后达到的温度，轧制压下量10～30％；
17、(10)冷却，控制冷却速率25℃/分钟，冷却至(9)中终轧温度以下50℃的温度；
18、(11)保温，保温温度为步骤(10)中最后达到的温度，保温时间1～2小时；
19、(12)冷却，控制冷却速率25℃/分钟，冷却至室温；
20、(13)将步骤(12)得到的钛合金进行拉伸-卸载处理，拉伸速率0.025～0.1％/s，拉伸变形温度控制为-75～110℃，拉伸终点应变为1.2～3.3％，卸载速率0.025～0.1％/s，卸载终点为5mpa；
21、(14)将步骤(13)得到的合金置于室温，静置20分钟；
22、(15)得到具备二维超弹性的柔韧钛合金板材。
23、所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法，柔韧钛合金板材厚度为1～5mm。
24、本专利技术的作用原理是：
25、本专利技术通过成分调控，使合金为单一β相，并控制β相晶格常数，有助于优化晶粒间错配度，为后续实现二维超弹性能提供基础；通过控制轧制工艺，优化合金各方向β相的择优取向，使合金获得均匀的二维超弹性能；通过加载-卸载过程，稳定合金中β相，消除不利的择优取向，提升合金的功能稳定性，使合金获得稳定的超弹性能。以上效果是各个参数整体协同作用以产生的。本技术方案不能含有固溶和淬火处理，因为固溶处理与淬火均会破坏合金所需织构和晶体结构，进而使合金无法具备二维超弹特性。
26、本专利技术的优点及有益效果是：
27、1.本专利技术得到的钛合金板材具有二维超弹性能，消除了常规工艺得到超弹材料具有显著各向异性的缺点。
28、2.本专利技术合金板材面内各方向的可回复应变大于1.2％，其中-75℃时的可回复应变大于3.0％，20℃时的可回复应变大于2.3％，110℃时的可回复应变大于1.2％。功能温区远超现有超弹性材料，能够良好地满足宽温域范围内大应变柔韧器件的使用需求。
29、3.本专利技术合金制备过程不需要固溶、淬火处理、多步热处理等，简化了制备流程，提高了合金制备效率。
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1.一种具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，柔韧钛合金板材的成分由钛、铌、锆、锡和氧原子组成，组织由单一体心立方结构β相组成；该钛合金板材具有面内二维超弹性能：在-75～110℃温度区间，合金板材面内各方向的可回复应变大于1.2％，其中-75℃时的可回复应变大于3.0％，20℃时的可回复应变大于2.3％，110℃时的可回复应变大于1.2％。
2.按照权利要求1所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，β相的晶格常数为0.328～0.331纳米。
3.按照权利要求1所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，按原子百分比计，柔韧钛合金板材的成分含量如下：Nb 13～16％，Zr 2～3％，Sn 3～5％，O 0.4～0.6％，余量为Ti。
4.一种权利要求1至3之一所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法，其特征在于，通过限定Nb、Zr、Sn原子比值与轧制工艺，调节合金中析出相与母相的晶格错配应变与体积分数，从而使合金沿二维方向获得超弹性能。
5.按照权利要求4所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法
6.按照权利要求5所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材的制备方法，其特征在于，柔韧钛合金板材厚度为1～5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，柔韧钛合金板材的成分由钛、铌、锆、锡和氧原子组成，组织由单一体心立方结构β相组成；该钛合金板材具有面内二维超弹性能：在-75～110℃温度区间，合金板材面内各方向的可回复应变大于1.2％，其中-75℃时的可回复应变大于3.0％，20℃时的可回复应变大于2.3％，110℃时的可回复应变大于1.2％。
2.按照权利要求1所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，β相的晶格常数为0.328～0.331纳米。
3.按照权利要求1所述的具备二维超弹性的柔韧钛合金板材，其特征在于，按原子百分比计，柔韧钛合...
【专利技术属性】
技术研发人员：宫得伦，郝玉琳，侯文韬，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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