β钛组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种组合物，其中含有８－１０重量％的钼、２．８－６重量％的铝、达到２重量％的钒、达到４重量％的铌、其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准。本发明专利技术还公开了一种制备物品的方法，其中包括如下步骤：先将一种组合物冷加工成型，其中该组合物含有８－１０重量％的钼、２．８－６重量％的铝、达到２重量％的钒、达到４重量％的铌、其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准；再溶液热处理上述模型；最后，冷却模型。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及超弹性β钛合金及其制备方法，以及由此合金制备物品的方法。经过马氏体变化的合金可以表现出“形态记忆效果”。作为此变化的结果，被称为“奥氏体”的高温相可以通过弱扩散剪切过程(diffusion-less shear process)改变其晶体结构，成为被称为“马氏体”的弱对称结构。在形态记忆合金中此过程是可逆的，因此，经加热可以进行其逆变化。通常，冷却或者马氏体变化的初始温度被成为MS温度，终止温度被称为Mf温度。逆变化或者奥氏体变化的初始温度和终止温度被分别称为As和Af温度。在低于Af的温度下，经过可逆的马式体相变化的合金可以在高温的奥氏体相中通过应力诱发的马氏体变化发生变形，也可以在低温的马氏体相中发生变形。通常，经加热到Af以上的温度时，这些合金会恢复到其初始的形状，因此被称为“形态记忆合金”。在大于Af的温度下，应力诱发的马氏体并不稳定，经变形释放后会恢复成奥氏体。通常，与应力诱发的马氏体恢复成奥氏体有关的应变恢复被称为“拟弹性(pseudoelasticity)”或者“超弹性”，如ASTM F2005所定义的镍-钛成型记忆合金的标准术语。这两个名词可以互换使用，用于描述由于机械诱导晶相变化在未出现大量塑性改变的条件下成型记忆合金弹性恢复大幅度变形的能力。镍钛合金是一种成型记忆合金，并含有接近化学计量的镍和钛。当拟弹性的镍钛合金发生变形时，生成了应力诱导的马氏体，从而使合金的应变增加到相对恒定的应力水平。经卸载后，在恒定但是不同水平的应力下发生了马氏体向奥氏体的转化。因此，拟弹性镍钛合金的常规应力-应变曲线表现出了加载与卸载应力的平稳段。然而，由于应力不同，这些曲线的平稳段也不尽相同，由此说明了镍钛合金机械滞后现象的发展过程。在拟弹性镍钛合金中大约8-10％的变形可以得到恢复。经冷处理的镍钛合金也表现出扩展的线弹性。表现出线弹性的镍钛合金组合物没有出现任何的曲线平稳段，但是可以恢复达到3.5％的应变。此行为通常被称为“超线性弹性”，用以区别变形诱导的“拟弹性”或“超弹性”。通常，由于镍钛合金具有上述特性，从而成为应用广泛的材料，例如medical stents、尺度索、外科装置、正畸器械、便携式电话天线、以及眼镜架和眼镜的其它组件。然而，镍钛合金制造困难，由于成型和/或焊接的原因，采用镍钛合金制造物品既昂贵又费时。此外，含镍产品的使用者有时会对镍过敏。专利技术概述在一具体实施方式中，组合物含有8-10重量％的钼、2.8-6重量％的铝、达到2重量％的钒、达到4重量％的铌、其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准。 在另一具体实施例方式中，组合物含有8.9重量％的钼、3.03重量％的铝、1.95重量％的钒、3.86重量％的铌、其余含量以钛平衡。在另一具体实施例方式中，组合物含有9.34重量％的钼、3.01重量％的铝、1.95重量％的钒、3.79重量％的铌、其余含量以钛平衡。在另一具体实施例方式中，一种制备物品的方法包括如下步骤先将一种组合物冷加工成型，其中该组合物含有8-10重量％的钼、2.8-6重量％的铝、达到2重量％的钒、达到4重量％的铌、其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准；形成模型；再溶液热处理上述模型；最后，冷却模型。在另一具体实施例方式中，一种方法包括如下步骤先冷加工含有组合物的线材，其中该组合物含有8-10重量％的钼、2.8-6重量％的铝、达到2重量％的钒、达到4重量％的铌、其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准；再冷加工上述模型；最后，热处理模型。附图说明图1图解说明了钼含量对弹性恢复的影响；图2图解说明了在350℃下老化对表1实例4弹性恢复的影响；图3图解说明了在350℃下老化对表1实例5弹性恢复的影响；图4图解说明了在350℃下老化对表1实例6弹性恢复的影响；图5图解说明了在250-550℃下老化10秒钟对表1实例4弹性恢复的影响；图6图解说明了在250-550℃下老化10秒钟对表1实例5弹性恢复的影响；图7图解说明了冷拉拔积累缩减率对表2实例11的UTS的影响；图8图解说明了冷拉拔积累缩减率对表2实例11的杨氏模量的影响；图9图解说明了对应含有表2实例11组合物的线材、张应力-应变曲线的效果，其中该线材具有19.4％的拉拔缩减率，并测定到2％的应变；图10图解说明了对应含有表2实例11组合物的线材、张应力-应变曲线的效果，其中该线材具有19.4％的拉拔缩减率，并检测定到4％的应变；图11是光学显微照片，展示了含有表2实例10组合物的冷拉拔线材的微结构，该线材具有14％的缩减率；图12是光学显微照片，展示了在816℃下加热处理30分钟后含有表2实例10组合物的冷拉拔线材的部分再结晶微结构，该线材具有14％的缩减率；图13是光学显微照片，展示了在871℃下加热处理30分钟后含有表2实例10组合物的冷拉拔线材的充分再结晶微结构，该线材具有14％的缩减率；图14是光学显微照片，展示了在816℃下老化30分钟后、表2实例10的β化微结构；图15是光学显微照片，展示了在788℃下老化30分钟后、表2实例10的β化微结构；图16图解说明了在500-900℃下老化30分钟后、表2实例10的β化UTS；图17图解说明了在500-900℃下老化30分钟后、表2实例10的β化延展性；图18图解说明了对应在871℃下分股退火后、含有表2实例11组合物的线材、测定到4％拉伸应变的张应力-应变曲线； 图19是光学显微照片，展示了在871℃下分股退火后、含有表2实例11组合物的线材微结构。优选具体实施例方式的详细描述本专利技术公开了一种具有拟弹性和超线性弹性的β钛合金组合物，该组合物可以用于医疗方面、牙科方面、体育用品和眼睛架。在一具体实施方式中，在溶液处理后β钛合金组合物线性弹性。在另一具体实施方式中，β钛合金组合物具有经加热处理获得改善的拟弹性特性。在另一具体实施方式中，β钛合金组合物经冷处理后表现出线超弹性特性。该组合物可以方便地焊接到其它金属和合金上。在室温下由β钛合金制成的物品还可以变形成各种形状，并且通常保留与超弹性有关的强反弹特性。纯态的钛具有882℃的同晶型转化温度。高于同晶型转化温度的条件下，被称为β-钛的体心立方结构具有稳定性；低于同晶型转化温度的条件下，被称为α钛的密排六方晶格(hcp)结构具有稳定性。当肽与其它元素(例如钒、钼和/或铌)制成合金时，在小于或等于882℃(β转化温度)的条件下所得合金具有增长的β相稳定性。另一方面，当与其它元素(例如铝或氧)合金时，稳定的α相的温度范围升高到同晶型转化温度以上。具有升高β相温度范围效果的元素被称为β稳定剂，同时具有扩大α相温度范围能力的元素被称为α稳定剂。含有足够高β稳定剂浓度的钛合金通常充分稳定，在室温下具有金属稳定的β相结构。展现上述特性的合金被称为β钛合金。马氏体变化通常在β钛合金中出现。随着合金中β稳定剂用量的增加，β钛合金中马氏体变化温度通常会逐渐降低；同时α稳定剂用量的增长通常会造成马氏体转变温度的增长。因此，当从β相是平衡状态单独相以上的温度迅速冷却下来时，取决于稳定程度，β钛合金会表现出马氏体变化。β钛合金通常含有8-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其中含有：８－１０重量％的钼，２．８－６重量％的铝，达到２重量％的钒，达到４重量％的铌，其余含量以钛平衡，并且所有重量百分比是以合金组合物的总重量为基准。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：明H吴，
申请(专利权)人：梅莫瑞公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]