[发明专利]钛合金

说明书

技术领域

本发明一般涉及钛基合金，尤其涉及具有低杨氏模量、高屈服强度以及优良的冷弯、冲压成型性能的合金。

背景技术

商业开发的钛合金可通过控制合金组成、构成相的体积分数和微观结构提供多种机械性能，如强度、延展性和韧性。具有高比强度和耐腐蚀性，钛合金用于飞机、航天、深海、汽车及化工行业领域。由于其相比其它不锈钢和钴铬合金具有优良的耐腐蚀性、较低的弹性模量、高强度及生物相容性，钛合金也可用于医疗植入物和其它医疗设备。

一些钛合金可基于其相数和微观结构分为α型、α+β型和β型。α型钛合金(如Ti-5A1-2.5Sn)具有约115GPa的杨氏模量，而α+β型合金(如Ti-6AL-4V)具有约110GPa的杨氏模量，以及β型合金(如Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)经固溶处理后具有约80GPa的杨氏模量，并在时效处理后具有约105GPa的杨氏模量。

已经在提供较低模量和高强度的用于制造医用植入物和其它应用的钛合金上作出各种尝试。美国专利4952236公开了一种制备高强度、低模量，易延展、生物相容的钛基合金(典型组成为Ti-11.5Mo-6Zr-2Fe)的方法，其特征在于弹性模量不超过100Gpa。然而，Ti-11.5Mo-6Zr-2Fe合金的弹性模量值在约62～88GPa的范围内。没有公布冷弯成型性能数据。

美国专利5169597公开了一种具有低的杨氏模量的生物相容钛合金(典型组成为Ti-13Zr-13Nb)。该合金尤其适于作为医疗假体植入物的材料，相对低的弹性模量是重要的。此外，Ti-13Zr-13Nb合金的弹性模量的值在约62～88GPa的范围内，同样没有提供冷弯成形性能数据。

美国专利6752882教导了一种生物相容的二元钛-铌(Ti-Nb)合金，该合金具有低模量和高强度，并含有作为主相的α″相。二元Ti-Nb合金包含10～30％重量百分比的Nb，优选为13～28％重量百分比的Nb，且余量为钛，其适合于制造整形外科植入物或牙种植体。Ti-Nb二元合金的弹性模量的值在61～77GPa的范围内。该专利未提供冷弯成型数据。

公开号为US2007/0163681的美国专利申请公开了低杨氏模量(52～69GPa)和高强度(冷轧后屈服强度990MPa)的钛合金。该钛合金中含有10～20％重量百分比的钒、0.2～10％重量百分比的铝、及余量基本为钛。该合金具有包含马氏体相的显微结构。但没有报道拉伸塑性。冷轧后，该合金表现出非常小的延展性。另外，该出版物没有提出任何冷弯曲成型性能。

美国专利6607693教导了一种钛合金，其特征是75GPa或更低的平均杨氏模量，以及700MPa或更高的拉伸弹性极限强度。该合金包含30～60％重量百分比的V族(钒族)元素及余量为钛，且该合金可用于各种要求低杨氏模量和高弹性变形性的领域。但没有报道详细的冷弯成型性能数据。虽然该发明要求保护低“平均”杨氏模量，但初始拉伸杨氏模量比报道的“平均”模量要高得多。

美国专利2864697公开了一种具有优良成形性能(半径/厚度的最大弯曲延展性为2)的钛合金。该合金的典型组成为Ti-15V-2.5Al(重量百分比)。然而，优异的成形性能只能在溶液状态获得，其中强度是很低的(屈服强度275MPa)。如果使用时效处理将屈服强度提高到700～800MPa，延展性和成型性能降低(半径/厚度为5～10)，但杨氏模量也增高。

仍有对新型钛合金的显著需求以在室温下成型复杂形状元件(例如，在电子插座和连接器中的应用)改善冷弯、冲压成形性能，并为优良的弹性形变提供低的杨氏模量和高的屈服强度。有利地，该钛合金应具有α或α+β型钛合金杨氏模量的约35～45％的杨氏模量、与α或α+β型钛合金屈服强度相似的屈服强度、比β型钛合金更好的室温拉塑性以及优良的弯曲、冲压成型性能，如在高级铜合金中发现的。此外，该钛的合金应具有可容易以各种形式(箔、丝、板和棒)制造的优良的加工性能。许多的这些应用都会暴露于高温和腐蚀环境。

发明内容

本发明提供一种包含铌，8～18％重量百分比；锆，2～15％重量百分比；锡，0～8％重量百分比；铱，0.0～0.3％重量百分比；余量基本为钛的钛合金。该钛合金具有低杨氏模量、高屈服强度、优良的冷弯性能及良好冷压成形性能。

附图说明

图1为显示出了本发明的一个β退火后由水淬火的合金(Ti-13Nb-6Zr-4Sn-0.1Y)的微观结构的显微照片；