本发明专利技术公开了一种高弹性β钛合金及其所制成的产品，其化学成分及其重量百分比为：锆２０～４０％，铌２０～３０％，铪０．５～３％，钽０．０～２％，氧０．０５～０．２０％，碳０．０～０．１５％，氮０．０～０．０１％，氢０．０～０．０２％，余量为钛，其中，锆和铪的重量比３０～５０。由该高弹性β钛合金所制成的产品为眼镜架、植入支架、齿科矫形器械、人工关节假体、或高尔夫球杆。本发明专利技术的高弹性β钛合金具有低的杨氏模量，较高强度，很大的冷加工能力。本发明专利技术的钛合金也可用于其它领域，如医疗、体育用品等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高弹性β钛合金。本专利技术的钛合金可以用作眼镜架，也可用于其它领域，如医疗、体育用品等领域。
技术介绍
目前用于制造眼镜架的金属材料主要有以下几种锌白铜、蒙乃尔合金及镍合金、纯钛及β钛合金、钛镍形状记忆合金、贵金属等。锌白铜眼镜架是价格最低廉的金属镜架，但由于耐蚀性差，容易形成绿色的铜锈，影响美观。蒙乃尔合金(含有铜、锌、镍)及镍合金的加工性能好，用其制造的眼镜架的款式很多，受到青少年的喜爱，但其耐蚀性差。研究表明游离态的镍离子容易造成皮肤的过敏，欧洲、美国已建议顾客不佩戴此类镜架。贵金属镜架由于价格昂贵，普通的消费者难以承受。纯钛、β钛合金及钛镍形状记忆合金的耐蚀性好，且重量轻，现在中高挡的金属眼镜架大部分都用三种材料制成。钛镍形状记忆合金由于存在焊接的难题，用其制成的眼镜架款式单一。纯钛制成的眼镜架由于重量轻(普通镍基合金镜架重量的48％-60％)、强度高、耐腐蚀、表面易着色、美观且耐用等特点已受到广大消费者的青睐。但纯钛的杨氏模量较高(约为120GPa)。用其制成的眼镜架，镜腿的弹性不足，眼镜配戴一段时间后，由于应力松弛，需调整眼镜腿。β钛合金具有上述纯钛的所有优点，用其制造的眼镜架弥补了纯钛镜架镜腿弹性的不足，而且β钛合金的加工性能和焊接优良用其制成的眼镜架款式较多，因此β钛合金的眼镜架在欧美等发达国家正作为一种中高档的装饰品及一种流行时尚流行起来。固溶态β钛合金冷加工后，强度由于加工硬化升高，但弹性模量仍然保留在固溶态的水平，材料的弹性性能大大改善。因而，β钛合金眼镜配件一般都是固溶处理后，冷加工成成品，这样配件的弹性性能和表面质量都有保证。目前用于制作眼镜架的β钛合金主要有Ti-4Al-22V、βIII、βc等，但这些β钛合金固溶态杨氏模量都在85GPa左右，冷加工率都在80％左右，固溶态强度都在800～900MPa。降低固溶态β钛合金的弹性模量，相反提高材料的冷加工率，可使眼镜配件生产厂商生产更多样式、弹性好的眼镜配件。适当降低固溶态β钛合金的强度可提高配件生产模具的使用寿命。美国专利文献US6607693B1中报道了钛合金中含有重量百分比为30～60％的钒族元素，杨氏模量可达到75GPa甚至更低，拉伸弹性极限大于700MPa，并给出了其制备方法。美国专利文献US6419358B1中报道了一种眼镜架用伪弹性β钛合金，其化学成分为钼10～12％，铝2.8～4.0％，铌0～4％，铬和钒0～2％。该合金的弹性恢复可达3.5％。文献中未提及该合金的冷加工性能。美国专利文献5509933中报道了具有良好生物相容性、高强、低杨氏模量的热加工使用钛合金。该合金的成分范围为锆小于20％，铌10～20％或35～50％。文中所给出的性能只是Ti-13Nb-13Zr。美国专利文献5871595中报道了医用具有良好生物相容性的低弹性模量钛合金，其化学成分范围为锆2.5～13％，铌20～40％，钽4.5～25％，且铌和钽的总和为35～52％，铌和钽的重量比为2～13。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固溶态具有低的杨氏模量，中等强度且具有很大的冷加工率的高弹性β钛合金。本专利技术的目的是提供一种由高弹性β钛合金所制成的产品。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种高弹性β钛合金，其化学成分及其重量百分比为锆20～40％，铌20～30％，铪0.5～3％，钽0.0～2％，氧0.05～0.20％，碳0.0～0.15％，氮0.0～0.01％，氢0.0～0.02％，余量为钛，其中，锆和铪的重量比30～50。本专利技术的高弹性β钛合金可用市售的纯金属或中间合金利用真空自耗熔炼、凝壳炉熔炼、等离子束熔炼、电子束熔炼、悬浮炉熔炼等多种熔炼方法熔炼，也可采用这些熔炼方法的组合熔炼。上述的熔炼方法均为常规的熔炼方法。本专利技术的高弹性β钛合金由于不含有对人体有毒的金属元素也可用于制作植入人体的各种医疗器械，例如，各种植入支架、齿科矫形器械、人工关节假体等。本专利技术的钛合金由于具有良好的弹性也可用于制作高尔夫球杆等体育用品。一种由高弹性β钛合金制成的产品，所述的高弹性β钛合金的化学成分及其重量百分比为锆20～40％，铌20～30％，铪0.5～3％，钽0.0～2％，氧0.05～0.20％，碳0.0～0.15％，氮0.0～0.01％，氢0.0～0.02％，余量为钛，其中，锆和铪的重量比30～50；由该高弹性β钛合金所制成的产品为眼镜架、植入支架、齿科矫形器械、人工关节假体、或高尔夫球杆。本专利技术的优点是本专利技术的钛合金其固溶态的杨氏模量可达65GPa甚至更低，屈服强度可达700MPa甚至更低。本专利技术的钛合金其固溶态的冷加工率按公式1-1计算可达95％甚至更高，中间不需退火。Δ=S0-S1S0×100%---1-1]]>S0代表冷加工前的横截面面积S1代表冷加工后的横截面面积具体实施方式实施例一将市售的海绵钛、碘化锆、铌条和海绵铪制备成尺寸为□90×150×400的单块电极，单块电极在真空焊箱内组焊成自耗电极。第一次和第三次熔炼在真空自耗炉中进行，第二次熔炼在真空壳式炉中进行。三次熔炼的真空度均不大于5Pa。三次熔炼的电流依次为9000A、13000A和11000A。铸锭采用钛合金传统的加工工艺，经过开坯锻造、轧制等工序制备成直径φ8.0的拉丝线坯。拉丝线坯表面经过表面缺陷清理后在管式炉中进行800℃/10min/空冷的固溶处理，固溶处理后的拉丝线坯在表面形成的氧化膜可作为拉丝润滑剂的载体。线坯表面涂覆石墨乳烘干后再在线坯表面涂覆金属基硬脂酸(拉丝肥皂)即可进行冷拔，冷拔的单道次加工变形量控制在15％左右。拉拔3～4道次后需重复进行固溶处理、涂覆石墨乳和金属基硬脂酸再进行下一个冷拔程直至丝材的直径拉至φ4.25。φ4.25的丝材在张力电加热矫直机上同步进行矫直和固溶处理，控制加热电流使丝材的加热温度不超过800℃，处理的时间为1分钟。矫直后的丝材需在无心磨床上磨削去除表面的氧化层，磨削量为0.25毫米，得到表面光亮且无任何表面缺陷的成品丝材。φ4.0的成品丝材化学成分如表1所示，丝材的性能如表2所示。表1 丝材的化学成分(wt.％) 表2 φ4.0丝材的机械性能 φ4.0的成品丝材在二辊轧机上冷轧，可轧成厚度仅为0.07毫米的薄带材，带材的表面及边部用20倍放大镜观察无任何裂纹。轧成的带材在半径仅为0.10毫米的弯头上反复弯曲180°两次用20倍放大镜观察无任何裂纹。实施例二将市售的海绵钛、海绵锆和铌钛中间合金制备成电极成尺寸为Φ200×350的单块电极，单块电极在真空焊箱内组焊成自耗电极，自耗电极在真空自耗炉中进行两次熔炼制备成铸锭。两次熔炼的真空度均不大于5Pa。两次熔炼的电流依次为8000A和9000A。铸锭采用实施例一中的相同工艺加工成直径φ5.0的成品丝材。丝材的化学成分如表3所示，丝材的性能如表4所示。表3 丝材的化学成分(wt.％) 表4 φ5.0丝材的机械性能 φ5.0的成品丝材在二辊轧机上冷轧，可轧成厚度仅为0.10毫米的薄带材，带材的表面及边部用20倍放大镜观察无任何裂纹。轧成的带材在半径仅为0.10毫米的弯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高弹性β钛合金，其特征在于：其化学成分及其重量百分比为：锆２０～４０％，铌２０～３０％，铪０．５～３％，钽０．０～２％，氧０．０５～０．２０％，碳０．０～０．１５％，氮０．０～０．０１％，氢０．０～０．０２％，余量为钛，其中，锆和铪的重量比３０～５０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，王希哲，刘伟，张翥，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研亿金新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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