一种高强度钛合金的热处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度钛合金的热处理方法，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有：Nb：28~38%，Zr：8.8~9.2%，Sn：6.2~7.6%，O：0.08~0.15%，RE：1.88~2.7%，Al：2.6~3.2%，C：1.28~2.1%，余量为Ti；热处理包括如下步骤：固溶热处理：时效热处理分为五步，通过细化具体时效步骤，使得最终产品的强度和弹性模量等性能得到大幅提升。
【专利说明】一种高强度钛合金的热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于合金材料热处理领域，特别是涉及一种高强度钛合金的热处理方法。
【背景技术】
[0002]医用钛合金指用于制造植入人体内的医疗器件、假体或人工器官和辅助治疗设备的钛合金，一般要求比强度高、力学性质接近人骨，强度远优于纯钛，还具有耐疲劳、耐腐蚀及生物相容性优良等特点。目前在在医学领域中广泛使用的医用钛合金在使用中会析出极微量的钒离子，其中析出的钒离子有毒性会引起不利的组织反应，降低细胞适应性等对人体造成危害的缺陷，上述问题已引起医学界的强烈关注，虽然可通过表面涂层与其它处理技术在一定程度上阻止钒等有毒元素离子的扩散，但终归不是解决问题的根本办法，但是消除V离子之后对钛合金的性能具有较大影响，因此急需研发一种即能达到其性能，又不含有V的医用钛合金。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一在于提出一种高强度钛合金的热处理方法；
本发明的目的之二在于提出一种由该热处理方法制备的高强度钛合金；
为达此目的，本发明采用以下技术方案:
一种高强度钛合金的热处理方法，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:28~38%，Zr:8.8~9.2%, Sn:6.2~?.6%, O:0.08~0.15%, RE:1.88~2.7%, Al:2.6~3.2%, C:1.28~2.1%，余量为Ti ；
热处理包括如下步骤:
固溶热处理:将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为860-880°C，保温时间为2.8~4.8h，水淬；
时效热处理:分为如下五步:时效温度为315~330°C，保温时间为12~28min，水淬；再加热到41(T430°C进行第二次时效处理，时效时间为1.9~2.lh，水淬；再加热到48(T495°C进行第三次时效，时效时间为2~2.5h，水淬；再加热到52(T550°C进行第四次时效，时效时间为5~8h，水淬；再加热到58(T620°C进行第五次时效，时效时间为l(Tl2h，水淬，得到高强度钛合金成品。
[0004]作为优选，按照重量百分比含量含有=Nb:29.5%，Zr:9.1%，Sn:7.1%，O:0.12%，RE:2.1%，Al:2.8%, C:1.38%，余量为 Ti。
[0005]作为优选，按照重量百分比含量含有=Nb:31.5%，Zr:9.0%，Sn:7.4%，O:0.12%，RE:2.1%，Al:2.85%, C:1.69%，余量为 Ti。
[0006]作为优选，在固溶热处理之后和时效热处理之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为:将所述钛合金加热至98(T102(TC保温f2h，然后出炉以油淬；所述回火为:将淬火后的钛合金加热至245~298°C保温2~3h，然后出炉空冷至室温。
[0007]作为优选，时效热处理分为如下五步:时效温度为320°C，保温时间为ISmirwK淬；再加热到420°C进行第二次时效处理，时效时间为2h，水淬；再加热到485°C进行第三次时效，时效时间为2.2h，水淬；再加热到535°C进行第四次时效，时效时间为5.8h，水淬；再加热到615°C进行第五次时效，时效时间为llh，水淬，得到高强度钛合金成品。[0008]作为优选，所述固溶热处理为将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为875°C，保温时间为3.2h，水淬。
[0009]一种高强度钛合金，采用前述的热处理方法制备得到。
[0010]本发明的效果在于:
通过特定的特定的时效步骤和参数的限定，使得钛合金抗拉强度达到1000MPa以上，弹性模量为在80GPa以上；
通过具体时效热处理与具体固溶以及退火、回火处理的配合，使得钛合金的其他性能在强度提高的前提下，保持伸长率为If 19%，断面收缩率保持为38飞8% ；
通过上述具体热处理与具体合金成分的配合，使得性能稳定性达到了 90%以上。
【具体实施方式】
[0011]实施例1
高强度钛合金的热处理方法，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:32%,Zr:9.1%，Sn:7.0%, O:0.12%, RE:2.01%, Al:2.9%, C:1.98%，余量为 Ti ；
热处理包括如下步骤:
固溶热处理:将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为868°C，保温时间为3.8h，水淬；
时效热处理:分为如下五步:时效温度为320°C，保温时间为21min，水淬；再加热到420°C进行第二次时效处理，时效时间为2.0h，水淬；再加热到490°C进行第三次时效，时效时间为2.35h，水淬；再加热到530°C进行第四次时效，时效时间为8h，水淬；再加热到610°C进行第五次时效，时效时间为llh，水淬，得到高强度钛合金成品。
[0012]测量高强度钛合金成品的各项性能参数为:抗拉强度达到1102MPa，弹性模量为在88GPa ;伸长率为11%，断面收缩率保持为39%。
[0013]实施例2:
高强度钛合金的热处理方法，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:29.5%, Zr:9.1%，Sn:7.1%，O:0.12%, RE:2.1%，Al:2.8%, C:1.38%，余量为 Ti。
[0014]热处理包括如下步骤:
固溶热处理:将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为868°C，保温时间为3.8h，水淬；
进行淬火和回火热处理，所述淬火为:将所述钛合金加热至990°C保温1.2h，然后出炉以油淬；所述回火为:将淬火后的钛合金加热至268°C保温2.5h，然后出炉空冷至室温。
[0015]时效热处理分为如下五步:时效温度为320°C，保温时间为18min，水淬；再加热到420°C进行第二次时效处理，时效时间为2h，水淬；再加热到485°C进行第三次时效，时效时间为2.2h，水淬；再加热到535°C进行第四次时效，时效时间为5.8h，水淬；再加热到615°C进行第五次时效，时效时间为llh，水淬，得到高强度钛合金成品。
[0016]测量高强度钛合金成品的各项性能参数为:抗拉强度达到1123MPa，弹性模量为在89.8GPa ;伸长率为11.8%,断面收缩率保持为57% ；
实施例3:
高强度钛合金的热处理方法，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:31.5%, Zr:9.0%, Sn:7.4%, O:0.12%, RE:2.1%，Al:2.85%, C:1.69%，余量为 Ti。
[0017]热处理包括如下步骤:
固溶热处理:将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为875°C，保温时间为3.2h，水淬。
[0018]时效热处理:分为如下五步:时效温度为320°C，保温时间为21min，水淬；再加热到420°C进行第二次时效处理，时效时间为2.0h，水淬；再加热到490°C进行第三次时效，时效时间为2.35h，水淬；再加热到530°C进行第四次时效，时效时间为8h，水淬；再加热到610°C进行第五次时效，时效时间为llh，水淬，得到高强度钛合金成品。
[0019]测量高强度钛合金成品的各项性能参数为:抗拉强度达到1113MPa，弹性模量为85GPa ;伸长率为16%，断面收·缩率保持为38%。
【权利要求】
1.一种高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:28~38%，Zr:8.8~9.2%, Sn:6.2~7.6%, O:0.08~0.15%, RE:1.88~2.7%, Al:2.6~3.2%, C:1.28~2.1%，余量为 Ti ； 热处理包括如下步骤: 固溶热处理:将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为860-880°C，保温时间为2.8~4.8h，水淬； 时效热处理:分为如下五步:时效温度为315~330°C，保温时间为12~28min，水淬；再加热到41(T430°C进行第二次时效处理，时效时间为1.9~2.lh，水淬；再加热到48(T495°C进行第三次时效，时效时间为2~2.5h，水淬；再加热到52(T550°C进行第四次时效，时效时间为5~8h，水淬；再加热到58(T620°C进行第五次时效，时效时间为l(Tl2h，水淬，得到高强度钛合金成品。
2.根据权利要求1所述的高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:29.5%, Zr:9.1%，Sn:7.1%，O:0.12%, RE:2.1%，Al:2.8%,C:1.38%，余量为 Ti。
3.根据权利要求1所述的高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，所述高强度钛合金按照重量百分比含量含有:Nb:31.5%, Zr:9.0%, Sn:7.4%, O:0.12%, RE:2.1%, Al:2.85%,C:1.69%，余量为 Ti。
4.根据权利要求1或2所述的高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，在固溶热处理之后和时效热处理之前还进行淬火和回火热处理，所述淬火为:将所述钛合金加热至98(Tl020°C保温I~2h，然后出炉以油淬；所述回火为:将淬火后的钛合金加热至245~298°C保温2~3h，然后出炉空冷至室温。
5.根据权利要求1或2所述的高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，时效热处理分为如下五步:时效温度为320°C，保温时间为18min，水淬；再加热到420°C进行第二次时效处理，时效时间为2h，水淬；再加热到485°C进行第三次时效，时效时间为2.2h，水淬；再加热到535°C进行第四次时效，时效时间为5.8h，水淬；再加热到615°C进行第五次时效，时效时间为llh，水淬，得到高强度钛合金成品。
6.根据权利要求1或2所述的高强度钛合金的热处理方法，其特征在于，所述所述固溶热处理为将冷轧后的钛合金板材在箱式电阻炉中进行固溶热处理，固溶温度为875°C，保温时间为3.2h，水淬。
7.一种高强度钛合金，其特征在于，采用权利要求1飞任一项所述的热处理方法制备得到。
【文档编号】C22F1/18GK103667790SQ201410018654
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】张霞 申请人:张霞