具有高弹性变形能力的钛合金及其制造方法技术

一种通过冷加工步骤和时效处理步骤获得的钛合金，在冷加工步骤中，对包含Ｖａ族元素且其余基本为钛的原料钛合金实施１０％或更大的冷加工；在时效处理步骤中，使冷加工步骤之后获得的冷加工件经受时效处理，以便在１５０℃至６００℃范围内的处理温度下使参数“Ｐ”落在８．０至１８．５的范围内；并且其特征在于，其抗拉弹性极限强度为９５０ＭＰａ或更大，且其弹性变形能力为１．６％或更大。该钛合金的高弹性变形能力和高抗拉弹性极限强度可以被广泛地应用于各种产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金和用于生产该钛合金的工艺。具体地说，涉及一种可以用于各种产品并且弹性极限强度和弹性变形能力良好的钛合金，以及用于制造这种钛合金的工艺。
技术介绍
由于钛合金的比强度良好，因而已经被应用于航空、军事、深海测量等领域。在汽车领域中，钛合金已经被用于赛车发动机的气门盘、连杆等。进而，由于钛合金耐腐蚀性良好，所以已经通常在腐蚀性环境下应用。例如，已经被作为用于化工厂、海洋建筑等的材料使用，进而，为了防止防冻剂造成的腐蚀，已经将其用作下部前保险杠、下部后保险杠等。进而，鉴于其重量轻(比强度)和抗变应原性(抗腐蚀性)，钛合金已经被用于手表等附件。因此，钛合金已经被用在各种不同的领域中，至于钛合金的代表，例如有Ti-5Al-2.5Sn(α合金)、Ti-6Al-4V(α-β合金)、Ti-13V-11Cr-3Al(β合金)等等。顺便说明，良好的比强度和抗腐蚀性已经引起了人们的注意，然而，最近人们才注意到其良好的弹性。例如，弹性良好的钛合金被用于可以适应生命体的产品(例如，人工骨等)、附件(例如眼睛架等)、体育用品(例如高尔夫球杆等)、弹簧等。特别地，当高弹性钛合金被用于人工骨时，该人工骨具有与人骨接近的弹性，从而除了比强度和抗腐蚀性之外，它对于生命体的适应性也很良好。进而，包含高弹性钛合金的眼睛架可以柔韧地带到头上，对佩戴者没有压迫感，并且减振性能良好。进而，当高弹性钛合金被用于高尔夫球杆的柄或头部时，可以获得低特征频率的柔韧的柄或头部，并且可以延长高尔夫球的击球距离。进而，当将高弹性钛合金用于弹簧时，可以获得重量轻和弹性极限大的弹簧。在这种环境下，本专利技术人等考虑开发一种钛合金，它可以将应用范围进一步扩展到各种领域中，并且其高弹性(高弹性变形能力)和高强度(高抗拉弹性极限强度)超越了现有的水平。于是，首先对有关弹性良好的钛合金的现有技术进行调查，并因此发现了下述出版物。①日本未审专利公告(KOKAI)No.10-219,375在该公告中，公开了一种钛合金，这种钛合金包含总量从20到60％的Nb和Ta。这种钛合金是通过将具有所述成分的原材料熔化并铸造成短锭(button ingot)、并且进行冷轧、固溶处理和时效处理来进行生产的，以获得75GPa或更小的杨氏模量。然后，由于该钛合金表现出低杨氏模量，所以可以认为其完全是弹性的。然而，从该公告公开的例子可以理解，拉伸强度随着低杨氏模量而下降。因此，这种钛合金在弹性极限内表现出很小的变形能力(弹性变形能力)，并且对于钛合金可以应用的范围而言不具有足够的弹性。②日本未审专利公告(KOKAI)No.2-163,334在本公告中，公开了“一种钛合金，包括Nb10至40％，V1至10％，Al2至8％，Fe、Cr和Mn分别为1％或更小，Zr3％或更小，O0.05至0.3％，其余为Ti，并且其冷加工性能良好”。这种钛合金是通过对具有所述成分的原材料进行等离子熔融、真空电弧熔融、热锻和固溶处理来制造的。该公告提出了一种具有良好的冷加工性能的钛合金。然而，在该公告中，对于弹性和强度均无特别的说明。③日本未审专利公告(KOKAI)No.8-299,428在这一公告中，公开了用一种钛合金制成的医疗器械，该钛合金包含20至40％的Nb，4.5至25％的Ta，2.5至13％的Zr，并且其余大致为Ti，并且其杨氏模量为65Gpa或更小。然而，由于这种钛合金不仅表现出低杨氏模量而且也表现出了低强度，在弹性方面也不是很好。④日本未审专利公告(KOKAI)No.6-73,475，日本未审专利公告(KOKAI)No.6-233,811，和日本未审专利公告(KOKAI)No.10-501,719在这些公告中，公开了一种钛合金(Ti-13Nb-13Zr)，其杨氏模量为75GPa或更小，并且拉伸强度为700MPa或更大，然而，它在强度方面不足以具有高弹性。注意所述公告的权利要求提到了Nb35至50％，然而，对此没有公开具体的例子。⑤日本未审专利公告(KOKAI)No.61-157,652在该公告中，公开了“一种金属装饰制品，其包含40至60％的Ti，并且其余基本为Nb”。该金属装饰制品是通过对成分为Ti-45Nb的原材料进行电弧焊、然而对其进行铸造和辊锻、并通过对所获得的Nb合金进行冷深拉拔而获得的。然而，在该公告中，对于具体的弹性和强度完全没有说明。⑥日本未审专利公告(KOKAI)No.6-240,390在这一公告中，公开了“一种用于高尔夫击球头的材料，其包含10至小于25％的钒，其氧含量被控制在0.25％或更少，并且其余包含钛和不可避免的杂质”。然而，在该公告中，完全没有对弹性进行说明。⑦日本未审专利公告(KOKAI)No.5-11,554在该公告中，公开了“一种通过用于弹性极好的Ni-Ti合金的失蜡精密铸造方法制造的高尔夫球杆的头部”，在该公告中，对Nb、V和类似物可以略微增加的效果进行了说明。然而，对于它们的具体成分和弹性完全没有说明。⑧日本未审专利公开(KOKAI)No.52-147,511在这一公告中，公开了”一种抗腐蚀的强韧的铌合金，包含重量百分比为10至85％的钛、重量百分比为0.2％或更少的碳、重量百分比为0.13至0.35％的氧、重量百分比为0.1％或更少的氮，并且其余为铌”。进而，公开了一种效果，即，在对具有所述成分的合金进行熔铸之后，通过对其进行热锻、冷加工和时效处理，可以获得表现出很高的强度且冷加工性能良好的铌合金。然而，在该公告中，对于具体的杨氏模量和弹性完全没有说明。专利技术的概述本专利技术是针对上述情况作出的。即，本专利技术的目的是提供一种钛合金，其弹性远远超过现有的水平。进而，本专利技术的另一个目的是提供一种适于生产所述钛合金的生产方法。因此，本专利技术人等认真地进行了认真的研究以便解决这一课题，不断的试验和失误，最终开发出一种钛合金及其制造工艺，这种钛合金包括Va族元素和Ti，并且表现出很高的弹性变形能力和很高的抗拉弹性极限强度。(钛合金)即，根据本专利技术的钛合金，包含Va族元素且其余基本为钛，并且其特征在于其抗拉弹性极限强度为950MPa或更大，并且其弹性变形能力为1.6％或更大。通过Ti和Va族元素的结合，可以获得表现出在现有技术中不能获得的高弹性变形能力和高抗拉弹性极限强度的钛合金。于是，该钛合金可以被广泛地用于各种产品，并且因此可以提高这些产品的功能并且拓宽在设计上的自由度。应当注意，Va族元素可以为钒、铌和钽中的一种或者它们其中的多种。所有这些元素均是β-相稳定元素，然而，这并不一定意味着这种钛合金是传统的β-合金。另外，本专利技术人等证实，该钛合金除了良好的弹性变形能力和抗拉弹性极限强度之外、还具有良好的冷加工性能。然而，尚不清楚为什么这种钛合金在弹性变形能力和抗拉弹性极限强度方面表现良好。但是不管怎样，根据本专利技术人等到目前为止所做的竭尽全力的研究和分析，认为这些特性可能具有如下特点。即，作为本专利技术人等对根据本专利技术的钛合金的一个例子进行研究的结果，可以清楚的是，即使当这种钛合金受到冷加工时也几乎不会产生位错，从而其表现出这样一种结构，它的(110)面强烈地在一部分方向上取向。另外，在一个采用111衍射点、用TEM(透射电子显微镜)观察的暗场像中，观察到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高弹性变形能力的钛合金，包括Ｖａ族（钒族）元素并且其余主要为钛，其特征在于，其抗拉弹性极限强度为９５０ＭＰａ或更大，并且其弹性变形能力为１．６％或更大。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄晸焕，古田忠彦，西野和彰，斋藤卓，
申请(专利权)人：株式会社丰田中央研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]