专利名称：：一种可精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法
技术领域：
：本发明涉及一种使用合金中元素的氧化物精确控制合金所必须的氧含量、烙炼法制造合金的方法，特别提供了一种使用氧熔齒氐成本帝隨多功能钛合金的方法。
背景技术：
：氧一般被认为是合金中的杂质元素而被严^l空制其含量，然而在一些合金中却将其视为必不可少的元素，例如多功能钛合金"GumMetal"。多功能钛合金是曰本科学家TakashiSaito等人在最近几年研制成功的一种新型钛合金，该合金具有众多的超性能，例如(1)室鹏塑性；(2)低弹性模量(E最低可达40GPa);(3)高强度(室温断裂强度(Tb约1200MPa);(4)超弹性(室温时约2.5%，一196时超过4%);(5)因瓦合金(invar，也称为殷钢)和恒弹性合金(Elinvar，艾林瓦合金)的性能等。如此多的超性能使得该合金具有广阔的应用领域，如Ait骨、医疗器械、医学整形，体育用品、汽车配件、制造超轻弹簧，以及在恶劣环境中工作的航空和太空精密器件等。该合金目前在曰本已经投入市场。事实上，它代表的是一类合金。要获得该类合金，必须同时具备以下条件。(1)成分的平均价电子数(e/a)约为4,24;(2)约2.87的Bo值(基于DV-Xa束法)；(3)约2,45eV的Md值；(4)有锆元素和氧元素存在，且氧含量控制在0.73.0mol.%;(5)—定程度的后续冷变形。这类合金的成分以Ti-24(Nb+Ta+V)-(Zr,Hf)"O(mol.%)为基础，典型的成分有Ti-9Nb-12Ta-3V-6Zr-1.20、Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr陽1.20和Ti-20Nb-3.5Ta-3.4Zr-1.20(mol.%)等。由于其中含有大量的高熔点元素Nb、Ta(Nb熔点约2470°C，Ta熔点约3ooo°c)，以及为了精确控制合金元素含量，目前该类合金一直使用粉末冶金的方法制造，工艺如下(1)将Ti、Nb、Ta、V、Zr的纯金属粉混合后高能球磨0.52h;(2)均匀混合的金属粉在392MPa下冷等静压；(3)将生料在10'3Pa的真空下130(TC烧结4h，炉冷至室温；(4)坯料在115(TC热锻；(5)锻棒在800。C轧棒；(6)在氩气中lOO(TC固溶lh后盐水淬；(7)—定变形量的冷轧。合金中的氧含量通过含氧量为4moiy。的钛粉控制。粉末冶金法制造该合金具有以下缺点(l)生产原料金属粉的成賴高；(2)工艺、设备复杂，生产周期长，生产剩刻氏，制造成本较高。这些缺点在一定程度上限制了该合金的使用，因此设计一种低成本制造该合金的方法是非常必要和具有实际意义的。
发明内容本发明的目的在于提供一种使用氧化物精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，特别提供了一种使用氧熔齒氐成本制造多功能钛合金的方法，解决粉末冶金法制造多功能钛合金时存在的生产原料金属粉的成本较高，以及工艺、设备复杂，生产周期长，生产低，制造成ffi高等问题。本发明的技术方案是一种使用氧化物精确控帝瞎含量、熔炼法制造合金的方法，具体步骤如下(1)使用合金中元素的氧化物控制合金所必须的氧含量；(2)使用熔炼法制造合金。在制造多功能钛合金中，使用氧化物、海绵钛、海绵锆敏和铪、铌屑*和钒屑^/和钽粉为原料，使用传统的熔炼法制造该合金。使用的氧化物可以为Ti02、Ta205、Nb205、V20s之一种或两种或三种或四种，配料时采用戶满氧化物控制合金氧含量，采用非自耗炉真空熔炼或自耗炉真空烙炼。本发明的优点及有益效果如下1、本发明提供一种使用氧化物控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，通过使用价格低廉的氧化物精确地控制合金所必须的氧含量，用熔炼法制造合金。2、本发明提供一种使用氧化物、海绵钛、海绵锆^/和铪、铌屑敏和钒屑^/和钽粉为原料，使用传统的熔炼法制造多功能钛合金的工艺。从而，可精确方便地控制氧含量、縮短生产周期、降低原材料和制造成本。3、本发明采用合金中元素的氧化物作为原料控制合金所必须的氧含量，尤其可以使用高熔点金属的氧化物；由于氧化物熔点相对于合金元素较低，可以部分或全部代替高熔点金属的加入量。由于多功能钛合金中存在高熔点的合金元素Nb、Ta，不容易熔炼，传统上采用粉末冶金方法制备多功能钛合金。区别于传统采用粉末冶金方法制备多功能钛合金，采用本发明方法，进一M过熔炼法制备出符合要求的多功能钛合金。图1(a)-(d)为Ti-O、Ta-O和Nb-O的二元相图。其中，图1(a)为Ti-O;图1(b)为Ta-O;图1(c)为Nb-O;图1(d)为V-O。图2氧熔法帝隨的多功能钛合金的XRD谱。图3氧烙法制造的多功能钛合金中的元素面分布。其中，(a)为二次电子像;(b)为Ti元素的面分布图；(c)为Nb元素的面分布图；(d)为Ta元素的面分布图；(e)为Zr元素的面分布图；(f)为O元素的面分布图。图4i辦冷压前后的形貌，高度变形45腿—10.5mrn。其中，(a)为冷压前;(b)为冷压后。图5氧熔法制造的多功能钛合金冷变形前后的显微组织。其中，(a)1010°C/0.5h,WQ;(b)冷压后垂直于压力的平面；(c)冷压后平行于压力的平面。图6氧熔法制造的多功能钛合金冷压后的拉伸应力-应变曲线。图7氧熔法制造的多功能钛合金7令压后的热膨胀曲线。具体实式本发明提供一种使用氧化物控制氧含量、烙炼法制造合金的方法，特别提供了一种使用氧化物、海绵钛、海绵锆敏和铪、铌屑^/和钒屑衝和钽粉为原料，使用传统的熔炼法制造多功能钛合金的工艺。其特点在于使用价格低廉的氧化物控制合金所必须的氧含量，用传统的熔炼法制造多功能钛合金。图1(a)-图1(d)为Ti-O、Ta-O、Nb-0和V-O的二元相图，可以看到，与Nb、Ta相比，氧化物1102、Ta205、她205和V20s的熔点均较低(1102熔点约1870°C，丁&205熔点约1880°C，他205在1510。C左右出现液相，V20s熔点约680°C)。当Nb、Ta熔化时，所有原料均为液相，此时氧元素将不再以氧化物形式存在，而是以间隙原子的形式固溶到合金中。可见，使用氧熔法制造多功能合金在理论上是切实可行的。显然，本发明同样适用于其它类型的合金中的氧含量控制，基本原则^择合金中元素的较低熔点的氧化物为原料。下面将通过实施例详述本发明。实施例Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O(mol%)是一个典型的多功能钛合金，与上述的其它多功能钛合金相比，由于其原料价格最低、合金的密度较小，并且不含V等生物毒性元素，成为目前研究最多和最有应用前景的多功能钛合金，因此在这里仅选择该合金作为实例。M法制造该合金的工艺过禾呈如下(1)原料选用海绵钛、海绵锆、Nb屑、Ta粉和Ti02粉，按照Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-l.2O(moP/。)的成分要求计算配制，使用了757.9g海绵钛、39.0g海绵锆、465.4gNb屑、273gTa粉和10.4g7102粉；然后，采用非自耗炉三次真空熔炼；(2)1200。C开还；(3)75(TC热锻；(4)1010。C固溶0.5h后冷水淬；(5)—定变形量的冷变形(采用单向冷压)。化学分析成分为n-22.4Nb-0.73Ta-2.0Zr-1.340(mol%)，合金电子参数为e/a4.231，Bo2.867，Md2.452。可见，该方法制造的合金成分和电子参数与已有的多功能钛合金极为接近。XRD分析表明无未熔的Nb和Ta，也不存在1102(见图2)，元素面分布图表明合金成分均匀，无元素偏聚，见图3(a)-(f)。图4(a)-(b)为冷压前后的试样形貌，图5(a)-(c)为冷压前后的显微组织。冷压实验表明，,去制造的合金同样具有室鹏塑性，该合金在0.1mm/s的压縮速度下高度收縮率达77%，并且还可以进一步压縮，冷压前后的硬度观赋表明合金无明显加工硬化(见表l)。表2为氧熔法制造的多功育转太合金冷变形后的拉伸性能；冷压后合金的应力一应变曲线(图6)表明该合金在室温下同样具有非线弹性和超弹性(2.3%)，以及低弹性模量(45GPa);图7为冷压后的热膨胀曲线，在室温30(TC的范围内具有接近于零的膨胀系数，在约350。C后膨胀系数急剧增加。辦法制造的多功能钛合金的各项性能与粉末冶金法制造的几乎相同，某些性能甚至优于粉末冶金法制造的合金。表1氧熔法制造的多功能钛合金冷变形前后的HV值<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2氧熔法制造的多功能钛合金冷变形后的拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种可精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，其特征在于(1)使用合金中元素的氧化物控制合金所必须的氧含量；(2)使用熔炼法制造合金。2、按照权利要求1所述的可精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，其特征在于采用合金中元素的氧化物、海绵钛、海绵锆库和铪、铌屑衝和钒屑敏和钽粉为原料，使用熔炼法制造多功能钛合金。3、按照权利要求1所述的可精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，其特征在于采用非自耗炉真空熔炼或自耗炉真空熔炼。全文摘要本发明涉及一种使用氧化物精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法(以下简称“氧熔法”)，特别提供了一种使用氧熔法低成本制造多功能钛合金的方法，解决了粉末冶金法制造多功能钛合金时存在的生产原料金属粉的成本较高，以及工艺、设备复杂，生产周期长，生产率较低，制造成本较高等问题。该方法具体步骤如下(1)使用合金中元素的较低熔点的氧化物控制合金所必须的氧含量；(2)使用熔炼法制造合金。本发明可以精确方便地控制合金的氧含量，并且对于多功能钛合金，可以缩短生产周期、降低原材料和制造成本。文档编号C22C14/00GK101358302SQ200710012339公开日2009年2月4日申请日期2007年8月1日优先权日2007年8月1日发明者李阁平,义杨,柯杨申请人:中国科学院金属研究所