当前位置: 首页 > 专利查询>郭和谦专利>正文

一种高强度耐疲劳钛环及其制备方法技术

技术编号:15931901 阅读:16 留言:0更新日期:2017-08-04 18:12
本发明专利技术提供一种高强度耐疲劳钛环及其制备方法,该高强度耐疲劳钛环为Ti‑Al‑Mo‑V‑Cr系合金,其中Ti合金中含有横纵向之比为1‑3的初生α相,具体制备方法为:采用海绵钛、纯Al、纯Cr、Al‑Mo中间合金、Al‑V中间合金、Ti‑Mo中间合金配料,纯度大于99%压制成自耗电极,经过二次真空自耗电弧炉熔炼,制成Ti‑Al‑Mo‑V‑Cr合金铸锭;然后经开坯,变形,经过多次降温至750‑820℃镦粗拔长,积累变形量大于70%,制成棒材或者板材Ti铸锭;经锻造、轧制、热处理、校平和机加工后制成钛板条;将钛板条清洗去除表面脏污,然后用激光雕刻钛版条格表面,再用卷圆机将雕刻后的钛板条卷圆成钛环,最后清洗烘干得到高强度耐疲劳钛环。

High strength fatigue resistant titanium ring and preparation method thereof

The invention provides a high strength and fatigue resistance of titanium ring and its preparation method, the high strength and fatigue resistance of titanium ring is Ti Al Mo V Cr alloy, Ti alloy containing horizontal and vertical ratio of 1 3 primary alpha phase, the preparation method is: using titanium sponge, pure Al, Cr, Al, Al Mo intermediate alloy V master alloy, Ti Mo intermediate alloy ingredients, purity of more than 99% is pressed into a consumable electrode, after two times of vacuum consumable arc melting furnace, made of Ti Al Mo V Cr alloy ingot; then the billet, deformation. After cooling to 750 DEG C 820 upsetting and drawing out, the accumulation of deformation is larger than 70%, made of rod or plate Ti made of titanium ingot; slab forging, rolling, heat treatment, leveling and machining; titanium strip cleaning to remove surface dirt, and then use the laser engraving Titanium Edition lattice surface, and then roll Titanium slab round machine to carve the volume after the completion of titanium ring, finally cleaning and drying to obtain high strength fatigue resistance of titanium ring.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐疲劳钛环及其制备方法
本专利技术属于钛环材料
,具体涉及一种高强度耐疲劳钛环及其制备方法。
技术介绍
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属,因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能,以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能。根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织,钛及钛合金分为三大类:α钛合金、β钛合金、α+β钛合金,具有比强度高、耐腐蚀性好等优点,已被广泛应用于航空、航天、车辆工程和生物医学工程等领域。高强高韧钛合金是指抗拉强度再1000MPa以上,断裂韧性在55MPa·m以上的钛合金。钛元素对人体无毒,质量轻,强度高,具有非常好的生物相容性,钛合金Ti4Al4V、Ti6Al17Nb、Ti13Nb13Zr等作为医用金属材料在生物学性能、植入试验和临床等方面有所研究。中国专利CN106346098A公开的一种人造视网膜中镀金Al2O3陶瓷与镀金钛环的连接方法,利用金箔片连接镀金Al2O3陶瓷与镀金钛环,在真空加热加压固化,得到接头组织致密、气密性好的镀金Al2O3陶瓷与镀金钛环接头。但是目前基于钛环制备方法的报道并不多见。中国专利CN101920435B公开的溅射钽环件的制备工艺,将钽条卷圆后,焊接,热处理,整形,内外表面滚花,切断焊口,端口滚花,焊接槽口,酸洗,喷砂,超声清洗得到。该方法制备的环件需要滚花刀决定,需要滚花几次,效率低,也容易滚花后纹路不一致,耗时耗力,而且钛合金环件经常受到一些外界的冲击和重复疲劳使用,需要钛合金具有优良的动态承载能力。因此制备一种高强度的钛环,保证其在冲击和疲劳使用下保持构建结构的完整性和尺寸的稳定性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高强度耐疲劳钛环及其制备方法,该高强度耐疲劳钛环为Ti-Al-Mo-V-Cr系合金,其中Ti合金中含有横纵向之比为1-3的初生α相,采用海绵钛、纯Al、纯Cr、Al-Mo中间合金、Al-V中间合金、Ti-Mo中间合金配料,压制成自耗电极,经过二次真空自耗电弧炉熔炼,制成铸锭;然后经开坯,变形,经过多次降温镦粗拔长、锻造、轧制、热处理、校平、机加工、清洗、激光雕刻、卷圆成钛环,最后清洗烘干得到高强度耐疲劳钛环。为解决上述技术问题,本专利技术的技术方案是:一种高强度耐疲劳钛环,所述高强度耐疲劳钛环为Ti-Al-Mo-V-Cr系合金,合金中各组分重量百分比为Al:3.5-5.5%,V:4-8%,Cr:5-7%,Mo:3-7%,杂质含量<0.2%,余量为Ti合金,所述Ti合金中含有初生α相的质量比为3-15%,初生条状α相的横纵向之比为1-3。作为上述技术方案的优选,所述高强度耐疲劳钛环的最大均匀塑形应变大于0.25,冲击吸收功大于300MJ/m3。本专利技术还提供一种高强度耐疲劳钛环的制备方法,包括以下步骤:(1)采用海绵钛、纯Al、纯Cr、Al-Mo中间合金、Al-V中间合金、Ti-Mo中间合金配料,纯度大于99%压制成自耗电极,经过二次真空自耗电弧炉熔炼,制成Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭;(2)将Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭在950-1100℃开坯,变形量60%,经过多次降温至750-820℃镦粗拔长,积累变形量大于70%,制成棒材或者板材Ti铸锭;(3)将Ti铸锭经锻造、轧制、热处理、校平和机加工后制成钛板条;(4)将钛板条清洗去除表面脏污,然后用激光雕刻钛版条格表面,再用卷圆机将雕刻后的钛板条卷圆成钛环,最后清洗烘干得到高强度耐疲劳钛环。作为上述技术方案的优选,所述步骤(1)中,Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭中各组分重量百分比为Al:3.5-5.5%,V:4-8%,Cr:5-7%,Mo:3-7%,杂质含量<0.2%,余量为Ti合金,所述Ti合金中含有初生α相的质量比为3-15%,初生条状α相的横纵向之比为1-3。作为上述技术方案的优选,所述步骤(3)中,热处理的温度为880-1200℃,保温时间为0.5-2h,校平后平面度≤1mm,机加工后钛板条平面度≤0.3mm,厚度极差≤0.2mm,表面粗糙度Ra≤1.6μm。作为上述技术方案的优选,所述步骤(4)中,激光器脉冲宽度为10-100ns,脉冲频率为20-100kHz,激光平均功率为20-200w,雕刻线速度为1000-3000mm/s,分层雕刻纹路,每层厚度为0.05-0.2mm。作为上述技术方案的优选,所述步骤(4)中,激光雕刻的纹理为菱形、正六边形或者圆形。作为上述技术方案的优选,所述步骤(4)中,钛环的圆度≤1mm。作为上述技术方案的优选,所述步骤(4)中,清洗为先采用硝酸和氢氟酸金相腐蚀剂进行酸洗,酸洗时间为5-15min,再用清水冲洗,无水乙醇脱水。作为上述技术方案的优选,所述步骤(4)中,金相腐蚀剂中的组分,按体积百分比为:硝酸质量浓度为20-35%,氢氟酸质量浓度为4-10%,乙醇为10-20%,丙酮为5-10%,其余为水。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:(1)本专利技术制备的高强度耐疲劳钛环中的钛合金含有初生α相,初生α相的横纵向之比和含量有利于提高钛环的耐冲击性和耐疲劳性,且将钛合金铸锭采用高温热处理后形成软态,再经卷圆,应力小,制备的钛环采用激光雕刻形成菱形、正六边形或者圆形纹理,激光雕刻的精度高,可确保钛环表面纹路和加工尺寸的一致性和稳定性,且激光雕刻的效率高,不必重复操作,降低人力物力,最后钛合金经金相腐蚀剂处理,金相组织中晶界清晰。(2)本专利技术制备的高强度耐疲劳钛环具有最大均匀塑形应变大于0.25,冲击吸收功大于300MJ/m3,具有优异的高强度和耐疲劳性能,且钛环的制备方法高效稳定,可作为医疗器械和溅射靶材。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术,在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术,但并不作为对本专利技术的限定。实施例1:(1)采用0级海绵钛、纯度>99%的纯Al、纯度>99%的纯Cr、Al-85Mo中间合金、Al-85V中间合金、Ti-32Mo中间合金配料,纯度大于99%压制成自耗电极,经过二次真空自耗电弧炉熔炼,制成Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭,其中Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭中各组分重量百分比为Al:3.5%,V:6%,Cr:6%,Mo:5%,杂质含量<0.2%,余量为Ti合金,所述Ti合金中含有初生α相的质量比为8%,初生条状α相的横纵向之比为1-2.5。(2)将Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭在1050℃开坯,变形量60%,经过多次降温换向锻造,终锻温度为760-810℃,积累变形量为80%,制成900×75×35mm的方棒Ti铸锭。(3)将Ti铸锭锻造成170×60mm的方坯,单向轧制至厚度6mm,960℃/0.5-2h退火后校平,校平后平面度为0.6mm,切割成900×55mm的长板条,数控铣加工至893×50.5×3.2mm,钛板条平面度为0.2mm,厚度极差0.13mm,表面粗糙度Ra为1.1μm校平和机加工后制成钛板条。(4)将钛板条清洗去除表面脏污,然后用激光雕刻钛版条格表面,选用脉冲宽度为50ns,脉冲频率为20-100kHz,激光平均功率为60w,雕刻线速度为1500mm/s,在钛长板条上分层雕刻菱形纹路,每层本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种高强度耐疲劳钛环,其特征在于:所述高强度耐疲劳钛环为Ti‑Al‑Mo‑V‑Cr系合金,合金中各组分重量百分比为Al:3.5‑5.5%,V:4‑8%,Cr:5‑7%,Mo:3‑7%,杂质含量<0.2%,余量为Ti合金,所述Ti合金中含有初生α相的质量比为3‑15%,初生条状α相的横纵向之比为1‑3。

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐疲劳钛环,其特征在于:所述高强度耐疲劳钛环为Ti-Al-Mo-V-Cr系合金,合金中各组分重量百分比为Al:3.5-5.5%,V:4-8%,Cr:5-7%,Mo:3-7%,杂质含量<0.2%,余量为Ti合金,所述Ti合金中含有初生α相的质量比为3-15%,初生条状α相的横纵向之比为1-3。2.根据权利要求1所述的一种高强度耐疲劳钛环,其特征在于:所述高强度耐疲劳钛环的最大均匀塑形应变大于0.25,冲击吸收功大于300MJ/m3。3.一种高强度耐疲劳钛环的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)采用海绵钛、纯Al、纯Cr、Al-Mo中间合金、Al-V中间合金、Ti-Mo中间合金配料,纯度大于99%压制成自耗电极,经过二次真空自耗电弧炉熔炼,制成Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭;(2)将Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭在950-1100℃开坯,变形量60%,经过多次降温至750-820℃镦粗拔长,积累变形量大于70%,制成棒材或者板材Ti铸锭;(3)将Ti铸锭经锻造、轧制、热处理、校平和机加工后制成钛板条;(4)将钛板条清洗去除表面脏污,然后用激光雕刻钛版条格表面,再用卷圆机将雕刻后的钛板条卷圆成钛环,最后清洗烘干得到高强度耐疲劳钛环。4.根据权利要求3所述的一种高强度耐疲劳钛环的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,Ti-Al-Mo-V-Cr合金铸锭中各组分重量百分比为Al:3.5-5.5%,V:4-8%,Cr:5-7%,Mo:3-7%...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭和谦
申请(专利权)人:郭和谦
类型:发明
国别省市:广东,44

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1