【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种高塑性耐疲劳双态细晶钛合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着经济的发展，以钛为材料的眼镜架进入大众生活。金属钛密度小，约为4.51g/立方厘米，高于铝而低于钢、铜、镍。钛的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强。所以，钛合金眼镜架具有在金属材质中超轻，硬度很好，镜架不易变形，耐腐蚀，不生锈，不引起皮肤过敏，较为耐用等特点。纯钛ta1是一种α钛合金，具有重量轻、耐腐蚀、生物安全性好等优点，但弹性和强度稍差。所以，一方面为了减轻眼镜框架重量而减薄厚度，另一方面材料厚度较小带来的服役性能降低，这一对矛盾仍困扰着钛合金眼镜框架的应用。
2、钛合金眼镜框架的服役性能要求主要包括抵抗断裂和变形的能力，相应地体现在钛合金材料的韧性和疲劳性能。钛合金材料一般由密排六方（α相）、体心立方（β相）和面心立方（γ相）等组成，微观组织对力学性能和疲劳性能影响显著。ti-al-v-mo-zr合金通常含有片状、马氏体、完全等轴和双峰组织，其中等轴和片状α相具有较高的强度和延展性。片层组织结构的双相钛合金ti-6al-4v，既具有力学性能，疲劳性能也由于片层结构而得到显著提高，双相(α + β)钛合金也因特殊的微观组织和较好的综合性能在工程实际中得到广泛应用。双相钛合金的微观结构具有很高的多样性，微观结构的差异使钛合金的各项性能变化丰富且不确定，这些微观结构特征的不同对其疲劳性能有着复杂影响。以α相为基相的双态结构钛合金由初生α相、层状次生α相及β相组成。一般认为，初生α相具有较高的抗疲劳裂纹萌生
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的至少一个不足，提供一种高塑性耐疲劳双态细晶钛合金及其制备方法和应用。
2、本专利技术所采取的技术方案是：
3、本专利技术的第一个方面，提供：
4、一种高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其质量组成为：al 5.2～6.8%，v 3.5～4.5%，mo 0.3～1.0%，zr 0.3～1.2%，hf 0.05～0.3%，过渡元素ir和稀土sm共计 0.1～0.5%，不可避免的杂质，余量为ti。
5、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，ir的含量为0.05～0.25%。
6、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，sm的含量为0.05～0.25%。
7、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，ir的含量为0.05～0.25%，sm的含量为0.05～0.25%。
8、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，ir和sm的质量比为1：(1～2.5)。
9、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，ir的含量为0.05～0.25%，sm的含量为0.05～0.25%，ir和sm的质量比为1：(1～2.5)。
10、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，具有尺寸7～35μm的颗粒状α相和层片厚度为4～8μm的层片状次生α相。
11、在一些高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的实例中，不可避免的杂质的含量不多于0.1%。
12、本专利技术的第二个方面，提供：
13、一种结构件，包括本专利技术第一个方面所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金。
14、在一些结构件的实例中，所述结构件为眼镜框架、眼镜连接结构件。
15、本专利技术的第三个方面，提供：
16、本专利技术第一个方面所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的制备方法，包括如下步骤：
17、合金熔炼：将原料熔炼为一体，得到合金锭；
18、胚料锻造：将所述合金锭于880～950℃进行锻造，得到锻造坯料；
19、固溶和时效处理：将锻造坯料进行分级固溶和时效处理，得到所述高塑性耐疲劳双态钛合金。
20、在一些制备方法的实例中，锻造的具体道次为：φ10.0 mm→φ9.4 mm→φ8.6 mm→φ7.4 mm→φ6.2 mm→φ5.5 mm→φ4.5 mm。
21、在一些制备方法的实例中，所述分级固溶和时效处理各阶段的操作为：(960～990℃)/40min+(900～930℃)/90min+(500～600℃)/4～10h。
22、在一些制备方法的实例中，锻造的具体道次为：φ10.0 mm→φ9.4 mm→φ8.6 mm→φ7.4 mm→φ6.2 mm→φ5.5 mm→φ4.5 mm，所述分级固溶和时效处理各阶段的操作为：(960～990℃)/40min+(900～930℃)/90min+(500～600℃)/4～10h。
23、在一些制备方法的实例中，熔炼的方法为真空自耗熔炼。
24、本专利技术的有益效果是：
25、本专利技术一些实例的双态细晶钛合金，记为合金um0607，其延伸率大于16%，疲劳裂纹扩展失稳循环次数大于12万次，具备高塑性耐疲劳的优点，能完全满足眼镜框架制造过程的弯曲成型和使用中的疲劳环境，有利于延长眼镜框架的使用寿命。
26、本专利技术一些实例的双态细晶钛合金um0607，添加ir和sm元素能够提高形核率和晶核的扩散激活能，降低晶核的表面张力和长大速率，阻碍次生相晶核的生长，使次生板条状α相得到细化。钛合金中掺杂稀土元素ir，通过反应生成的第二相，高熔点的第二相粒子能够作为初生α基体的形核质点，促进合金凝固过程中的大量形核，从而细化合金的初生α相。同时，热处理过程中，第二相粒子阻碍β-ti晶粒的生长，对双态钛合金产生细化组织的作用，由此使双态钛合金具有更为细小的晶粒组织。双态细晶组织能有效提高钛合金的强度，细小的等轴初生α相能降低疲劳裂纹的萌生，细小片层次生α相能有效降低疲劳裂纹的扩展速率，由此提高合金的抗疲劳失效能力。除此之外，当双相钛合金进行塑性变形时，稀土元素可以减小α、β两相层间距，从而改善材料的微观组织，由此提高合金的塑性和疲劳抗力。同时，稀土元素sm能影响变形钛合金的再结晶过程，阻碍再结晶形核及再结晶晶粒的长大。亲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，其质量组成为：Al 5.2～6.8%、V3.5～4.5%、Mo 0.3～1.0%、Zr 0.3～1.2%、Hf 0.05～0.3%，过渡元素Ir和稀土Sm共计 0.1～0.5%，不可避免的杂质，余量为Ti。
2.根据权利要求1所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，Ir的含量为0.05～0.25%。
3.根据权利要求1所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，Sm的含量为0.05～0.25%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，Ir和Sm的质量比为1：(1～2.5)。
5.根据权利要求1～3任一项所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，具有尺寸7～35μm的颗粒状α相和层片厚度为4～8μm的层片状次生α相。
6.一种结构件，包括权利要求1～5任一项所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金。
7.权利要求1～5任一项所述高塑性耐疲劳双态细晶钛合金的制备方法，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述分级固溶和时效处理各阶段的操作为：(960～990℃)/40min+(900～930℃)/90min+(500～600℃)/4～10h。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，熔炼的方法为真空自耗熔炼。
...【技术特征摘要】
1.一种高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，其质量组成为：al 5.2～6.8%、v3.5～4.5%、mo 0.3～1.0%、zr 0.3～1.2%、hf 0.05～0.3%，过渡元素ir和稀土sm共计 0.1～0.5%，不可避免的杂质，余量为ti。
2.根据权利要求1所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，ir的含量为0.05～0.25%。
3.根据权利要求1所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，sm的含量为0.05～0.25%。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，ir和sm的质量比为1：(1～2.5)。
5.根据权利要求1～3任一项所述的高塑性耐疲劳双态细晶钛合金，其特征在于，具有尺寸7～35μm...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈华明，王斌，陈江，
申请(专利权)人：深圳市优米特新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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