一种超弹性高强度β钛合金带材的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超弹性高强度β钛合金带材的制备方法，该方法为：将厚度为2mm的β钛合金板材进行多轧程冷轧，并在相邻轧程之间进行退火处理，得到厚度为0.2mm～0.25mm的冷轧态带材，然后将冷轧态带材进行时效处理，得到超弹性高强度β钛合金带材。本发明专利技术制备的β钛合金带材的最大可回复应变可达到2.3%，抗拉强度为900MPa～1000MPa，弹性模量为50GPa～60GPa，伸长率为8%～10%，该β钛合金带材在具有高强度和良好塑性的同时具有优异的超弹性能，可广泛应用于医疗器械、电子元件、敏感元件等诸多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛合金材料加工
，具体涉及。
技术介绍
超弹性合金已经广泛应用于医用、电子元件、敏感元件等民用及工业领域。传统的镍钛合金由于应力诱发马氏体转变及其逆转变而具有独特的形状记忆效应和超弹性，这使得镍钛合金成功地应用于医用支架、医用导丝、眼镜架、防腰痛紧身衣、尤其是牙齿正畸。然而，大量的研究表明镍元素有潜在的致畸性和致癌性；尽管镍钛表面形成的钛氧化物具有抗腐蚀性能，但是在氟化物离子环境中镍离子的溶出对细胞产生毒性。从生物医用安全性考虑，开发新型无镍超弹性合金已成为材料研究者关注的重要方向。研究表明，很多无镍β钛合金具有不同程度的超弹性，包括T1-Nb系、T1-Nb-Zr系、T1-Nb-Sn 系、T1-Mo-Al 系、T1-Nb-Zr-Sn 系、T1-Zr-Nb-Fe 系等。这些无镍 β 钛合金超弹性的典型例子包括=T1-Zr-Nb-Fe系合金室温超弹性最大可回复应变可达到2.1~3.1%(参见申请号为201210159967.5的中国专利技术专利)，T1-24Nb_4Zr_7.9Sn合金室温超弹性最大可回复应变达到3.3% (参见申请号为200410092858.1的中国专利技术专利)。近几年来，T1-Nb系超弹性合金得到最为广泛的研究，而且很多国内外研究者通过加入Zr、Al、Ta等元素形成多元系合金以提高超弹性。然而，大多数超弹性β钛合金表现出的较大弹性变形范围和较低的塑性使得其精细钛材(带材、箔材、丝材等)的加工制备受到一定局限。目前钛及钛合金带材、箔材、丝 材等的加工制备均采用室温冷变形的方式，以获得良好的表面质量和合格的力学性能。对于超弹性β钛合金的冷变形，较宽的弹性范围使得材料回弹量很大；而由于较低的塑性，材料发生塑性变形时很容易发生塑性失稳。如果没有合理的机制消除材料内能的增加，在更大的塑性应变下材料将发生破坏。因此，具有超弹性β钛合金的精细材料的加工制备一直是该领域的难点。近几年来，西北有色金属研究院对其自主研制的TLM钛合金(名义化学成分为T1-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo，wt%，属于β钛合金)的弹性变形行为及弹性机制的研究更加成熟，研究发现该合金板、棒材在室温条件下具有1.5%~1.8%的最大弹性回复应变，而其室温塑性可达到20%~40%。基于较小的弹性回复和优异的塑性，合金在多道次冷变形和中间退火工艺相结合条件下易于实现带材、箔材等精细钛材的制备。通过后续时效处理制度控制，进一步调整超弹性、强度和塑性匹配。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供。该方法在保证带材具有高强度和良好塑性的同时具有优良的超弹性能，可广泛应用于医疗器械、电子元件、敏感元件等诸多领域。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:，其特征在于，该方法为:将厚度为2mm的β钛合金板材在轧程变形率为10%~40%的条件下进行多轧程冷轧，并在相邻轧程之间进行退火处理，得到厚度为0.2mm~0.25mm的冷轧态带材，然后将冷轧态带材进行时效处理，得到超弹性高强度β钛合金带材，所述超弹性高强度β钛合金带材是指该带材的可回复应变< ε_，ε max=2.1%~2.3%,抗拉强度为900MPa~lOOOMPa，弹性模量为50GPa~60GPa，伸长率为8%~10% ;所述退火处理的具体过程为:在温度为700°C~850°C的条件下保温15min~30min后水冷，所述时效处理的具体过程为:在温度为500°C~550°C的条件下保温5min~IOmin后水冷。上述的，其特征在于，所述β钛合金为TLM钛合金。上述的，其特征在于，所述冷轧的轧程数为5~7轧程。上述的，其特征在于，所述β钛合金板材在冷轧之前还需进行表面修磨处理。上述的，其特征在于，所述退火处理和时效处理均在惰性气氛或真空条件下进行。上述的，其特征在于，所述β钛合金板材为热轧态板材。本专利技术与现有技术相比具有以下优点: 1、本专利技术以β钛合金板材优异的塑性为基础，首先大胆地利用多轧程冷轧和中间退火工艺获得钛合金带材。相比于一般超弹性钛合金变形中的较低的塑性和有限的成形性能，该β型钛合金带材在冷轧中体现了合金高塑性特点，结合轧程间合理的退火工艺，保证了 β钛合金带材的成功获得。2、本专利技术创造性地提出将冷轧和后续短时时效处理相结合，获得具有超弹性的β钛合金带材。通过多轧程冷轧快速细化晶粒而提高合金强度，增大了其弹性变形范围；同时冷轧态带材中细晶组织的产生为后续时效析出相提供有利条件。短时时处理能够将合金的高存储能状态回复到低能状态，在较短保温时间内保持了合金细晶组织特征、并消除细晶组织中的微观缺陷而提高合金塑性；另一方面，利用时效析出少量α相提高屈服点而提高合金强度，并且使得应力诱发马氏体的临界转变点升高，实现了 β钛合金的超弹性。3、本专利技术成功制备了 β型钛合金的超弹性带材，最大可回复应变达到2.1%~2.3%，同时抗拉强度达到900MPa~lOOOMPa，弹性模量达到50GPa~60GPa，并且具有伸长率为8%~10%的良好塑性。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备的超弹性高强度β钛合金带材的显微组织照片。图2为本专利技术实施例1制备的超弹性高强度β钛合金带材的拉伸应力-应变曲线。图3为本专利技术实施例2制备的超弹性高强度β钛合金带材的显微组织照片。图4为本专利技术实施例2制备的超弹性高强度β钛合金带材的循环拉伸应力-应变曲线。图5为本专利技术实施例3制备的超弹性高强度β钛合金带材的显微组织照片。图6为本专利技术实施例3制备的超弹性高强度β钛合金带材的循环拉伸应力-应变曲线。图7为本专利技术实施例4制备的超弹性高强度β钛合金带材的显微组织照片。图8为本专利技术实施例4制备的超弹性高强度β钛合金带材的循环拉伸应力-应变曲线。图9为本专利技术对比例I制备的β钛合金带材的显微组织照片。图10为本专利技术对比例I制备的β钛合金带材的拉伸应力-应变曲线。【具体实施方式】实施例1超弹性高强度β钛合金带材的制备:步骤一、将厚度 为2mm的β钛合金板材在打磨机上进行表面修磨处理；所述β钛合金为TLM钛合金；步骤二、将步骤一中表面修磨处理后的β钛合金板材进行5轧程冷轧，各轧程变形率(“两次中间退火之间的总变形率称为轧程变形率”，参见《钛材塑性加工技术》，张翥等编，Ρ66)为40%，37.5%, 40%, 33.3%，16.7%，并在相邻轧程之间进行真空退火处理，得到厚度为0.25mm的冷轧态带材；所述真空退火处理的具体过程为:在温度为700°C的条件下保温15min后水冷；步骤三、将步骤二中所述冷轧态带材进行时效处理，具体过程为:在温度为500°C的条件下保温5min后水冷，得到厚度为0.25mm的超弹性高强度β钛合金带材。图1为本实施例β钛合金带材的显微组织照片。图2为本实施例β钛合金带材的拉伸应力-应变曲线。由图1和图2可知，本实施例β钛合金带材的组织由细小的等轴β晶粒和少量α组成；本实施例制备的超弹性β钛合金带材的强度为985MPa，伸长率为8.5%，弹性应变为3.5%，具有较宽的弹性变形范围。实施例2超弹性高强度β钛合金带材的制备:步骤一、将厚度为2mm的β钛合金板材在打磨机上进行表面修磨处理；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超弹性高强度β钛合金带材的制备方法，其特征在于，该方法为：将厚度为2mm的β钛合金板材在轧程变形率为10%～40%的条件下进行多轧程冷轧，并在相邻轧程之间进行退火处理，得到厚度为0.2mm～0.25mm的冷轧态带材，然后将冷轧态带材进行时效处理，得到超弹性高强度β钛合金带材，所述超弹性高强度β钛合金带材是指该带材的可回复应变≤εmax，εmax=2.1%～2.3%，抗拉强度为900MPa～1000MPa，弹性模量为50GPa～60GPa，伸长率为8%～10%；所述退火处理的具体过程为：在温度为700℃～850℃的条件下保温15min～30min后水冷，所述时效处理的具体过程为：在温度为500℃～550℃的条件下保温5min～10min后水冷。

【技术特征摘要】
1.一种超弹性高强度β钛合金带材的制备方法，其特征在于，该方法为:将厚度为2mm的β钛合金板材在轧程变形率为10%~40%的条件下进行多轧程冷轧，并在相邻轧程之间进行退火处理，得到厚度为0.2mm~0.25mm的冷轧态带材，然后将冷轧态带材进行时效处理，得到超弹性高强度β钛合金带材，所述超弹性高强度β钛合金带材是指该带材的可回复应变≤ε眶，ε -=2.1%~2.3%，抗拉强度为900MPa~1000MPa,弹性模量为50GPa~60GPa，伸长率为8%~10% ;所述退火处理的具体过程为:在温度为700°C~850°C的条件下保温15min~30min后水冷，所述时效处理的具体过程为:在温度为500°C~5...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宇兴，于振涛，牛金龙，余森，车永平，唐蛟，麻西群，贺新杰，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：