專利名稱：：一種可精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法
技術領域：
：本發明涉及一種使用合金中元素的氧化物精確控制合金所必須的氧含量、烙煉法制造合金的方法，特別提供了一種使用氧熔齒氐成本帝隨多功能鈦合金的方法。
背景技術：
：氧一般被認為是合金中的雜質元素而被嚴^l空制其含量，然而在一些合金中卻將其視為必不可少的元素，例如多功能鈦合金"GumMetal"。多功能鈦合金是曰本科學家TakashiSaito等人在最近幾年研制成功的一種新型鈦合金，該合金具有眾多的超性能，例如(1)室鵬塑性；(2)低彈性模量(E最低可達40GPa);(3)高強度(室溫斷裂強度(Tb約1200MPa);(4)超彈性(室溫時約2.5%，一196時超過4%);(5)因瓦合金(invar，也稱為殷鋼)和恒彈性合金(Elinvar，艾林瓦合金)的性能等。如此多的超性能使得該合金具有廣闊的應用領域，如Ait骨、醫療器械、醫學整形，體育用品、汽車配件、制造超輕彈簧，以及在惡劣環境中工作的航空和太空精密器件等。該合金目前在曰本已經投入市場。事實上，它代表的是一類合金。要獲得該類合金，必須同時具備以下條件。(1)成分的平均價電子數(e/a)約為4,24;(2)約2.87的Bo值(基于DV-Xa束法)；(3)約2,45eV的Md值；(4)有鋯元素和氧元素存在，且氧含量控制在0.73.0mol.%;(5)—定程度的后續冷變形。這類合金的成分以Ti-24(Nb+Ta+V)-(Zr,Hf)"O(mol.%)為基礎，典型的成分有Ti-9Nb-12Ta-3V-6Zr-1.20、Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr陽1.20和Ti-20Nb-3.5Ta-3.4Zr-1.20(mol.%)等。由于其中含有大量的高熔點元素Nb、Ta(Nb熔點約2470°C，Ta熔點約3ooo°c)，以及為了精確控制合金元素含量，目前該類合金一直使用粉末冶金的方法制造，工藝如下(1)將Ti、Nb、Ta、V、Zr的純金屬粉混合后高能球磨0.52h;(2)均勻混合的金屬粉在392MPa下冷等靜壓；(3)將生料在10'3Pa的真空下130(TC燒結4h，爐冷至室溫；(4)坯料在115(TC熱鍛；(5)鍛棒在800。C軋棒；(6)在氬氣中lOO(TC固溶lh后鹽水淬；(7)—定變形量的冷軋。合金中的氧含量通過含氧量為4moiy。的鈦粉控制。粉末冶金法制造該合金具有以下缺點(l)生產原料金屬粉的成賴高；(2)工藝、設備復雜，生產周期長，生產剩刻氏，制造成本較高。這些缺點在一定程度上限制了該合金的使用，因此設計一種低成本制造該合金的方法是非常必要和具有實際意義的。
發明內容本發明的目的在于提供一種使用氧化物精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法，特別提供了一種使用氧熔齒氐成本制造多功能鈦合金的方法，解決粉末冶金法制造多功能鈦合金時存在的生產原料金屬粉的成本較高，以及工藝、設備復雜，生產周期長，生產低，制造成ffi高等問題。本發明的技術方案是一種使用氧化物精確控帝瞎含量、熔煉法制造合金的方法，具體步驟如下(1)使用合金中元素的氧化物控制合金所必須的氧含量；(2)使用熔煉法制造合金。在制造多功能鈦合金中，使用氧化物、海綿鈦、海綿鋯敏和鉿、鈮屑*和釩屑^/和鉭粉為原料，使用傳統的熔煉法制造該合金。使用的氧化物可以為Ti02、Ta205、Nb205、V20s之一種或兩種或三種或四種，配料時采用戶滿氧化物控制合金氧含量，采用非自耗爐真空熔煉或自耗爐真空烙煉。本發明的優點及有益效果如下1、本發明提供一種使用氧化物控制氧含量、熔煉法制造合金的方法，通過使用價格低廉的氧化物精確地控制合金所必須的氧含量，用熔煉法制造合金。2、本發明提供一種使用氧化物、海綿鈦、海綿鋯^/和鉿、鈮屑敏和釩屑^/和鉭粉為原料，使用傳統的熔煉法制造多功能鈦合金的工藝。從而，可精確方便地控制氧含量、縮短生產周期、降低原材料和制造成本。3、本發明采用合金中元素的氧化物作為原料控制合金所必須的氧含量，尤其可以使用高熔點金屬的氧化物；由于氧化物熔點相對于合金元素較低，可以部分或全部代替高熔點金屬的加入量。由于多功能鈦合金中存在高熔點的合金元素Nb、Ta，不容易熔煉，傳統上采用粉末冶金方法制備多功能鈦合金。區別于傳統采用粉末冶金方法制備多功能鈦合金，采用本發明方法，進一M過熔煉法制備出符合要求的多功能鈦合金。圖1(a)-(d)為Ti-O、Ta-O和Nb-O的二元相圖。其中，圖1(a)為Ti-O;圖1(b)為Ta-O;圖1(c)為Nb-O;圖1(d)為V-O。圖2氧熔法帝隨的多功能鈦合金的XRD譜。圖3氧烙法制造的多功能鈦合金中的元素面分布。其中，(a)為二次電子像;(b)為Ti元素的面分布圖；(c)為Nb元素的面分布圖；(d)為Ta元素的面分布圖；(e)為Zr元素的面分布圖；(f)為O元素的面分布圖。圖4i辦冷壓前后的形貌，高度變形45腿—10.5mrn。其中，(a)為冷壓前;(b)為冷壓后。圖5氧熔法制造的多功能鈦合金冷變形前后的顯微組織。其中，(a)1010°C/0.5h,WQ;(b)冷壓后垂直于壓力的平面；(c)冷壓后平行于壓力的平面。圖6氧熔法制造的多功能鈦合金冷壓后的拉伸應力-應變曲線。圖7氧熔法制造的多功能鈦合金7令壓后的熱膨脹曲線。具體實式本發明提供一種使用氧化物控制氧含量、烙煉法制造合金的方法，特別提供了一種使用氧化物、海綿鈦、海綿鋯敏和鉿、鈮屑^/和釩屑衝和鉭粉為原料，使用傳統的熔煉法制造多功能鈦合金的工藝。其特點在于使用價格低廉的氧化物控制合金所必須的氧含量，用傳統的熔煉法制造多功能鈦合金。圖1(a)-圖1(d)為Ti-O、Ta-O、Nb-0和V-O的二元相圖，可以看到，與Nb、Ta相比，氧化物1102、Ta205、她205和V20s的熔點均較低(1102熔點約1870°C，丁&205熔點約1880°C，他205在1510。C左右出現液相，V20s熔點約680°C)。當Nb、Ta熔化時，所有原料均為液相，此時氧元素將不再以氧化物形式存在，而是以間隙原子的形式固溶到合金中。可見，使用氧熔法制造多功能合金在理論上是切實可行的。顯然，本發明同樣適用于其它類型的合金中的氧含量控制，基本原則^擇合金中元素的較低熔點的氧化物為原料。下面將通過實施例詳述本發明。實施例Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O(mol%)是一個典型的多功能鈦合金，與上述的其它多功能鈦合金相比，由于其原料價格最低、合金的密度較小，并且不含V等生物毒性元素，成為目前研究最多和最有應用前景的多功能鈦合金，因此在這里僅選擇該合金作為實例。M法制造該合金的工藝過禾呈如下(1)原料選用海綿鈦、海綿鋯、Nb屑、Ta粉和Ti02粉，按照Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-l.2O(moP/。)的成分要求計算配制，使用了757.9g海綿鈦、39.0g海綿鋯、465.4gNb屑、273gTa粉和10.4g7102粉；然后，采用非自耗爐三次真空熔煉；(2)1200。C開還；(3)75(TC熱鍛；(4)1010。C固溶0.5h后冷水淬；(5)—定變形量的冷變形(采用單向冷壓)。化學分析成分為n-22.4Nb-0.73Ta-2.0Zr-1.340(mol%)，合金電子參數為e/a4.231，Bo2.867，Md2.452?？梢?，該方法制造的合金成分和電子參數與已有的多功能鈦合金極為接近。XRD分析表明無未熔的Nb和Ta，也不存在1102(見圖2)，元素面分布圖表明合金成分均勻，無元素偏聚，見圖3(a)-(f)。圖4(a)-(b)為冷壓前后的試樣形貌，圖5(a)-(c)為冷壓前后的顯微組織。冷壓實驗表明，,去制造的合金同樣具有室鵬塑性，該合金在0.1mm/s的壓縮速度下高度收縮率達77%，并且還可以進一步壓縮，冷壓前后的硬度觀賦表明合金無明顯加工硬化(見表l)。表2為氧熔法制造的多功育轉太合金冷變形后的拉伸性能；冷壓后合金的應力一應變曲線(圖6)表明該合金在室溫下同樣具有非線彈性和超彈性(2.3%)，以及低彈性模量(45GPa);圖7為冷壓后的熱膨脹曲線，在室溫30(TC的范圍內具有接近于零的膨脹系數，在約350。C后膨脹系數急劇增加。辦法制造的多功能鈦合金的各項性能與粉末冶金法制造的幾乎相同，某些性能甚至優于粉末冶金法制造的合金。表1氧熔法制造的多功能鈦合金冷變形前后的HV值<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2氧熔法制造的多功能鈦合金冷變形后的拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1、一種可精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法，其特征在于(1)使用合金中元素的氧化物控制合金所必須的氧含量；(2)使用熔煉法制造合金。2、按照權利要求1所述的可精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法，其特征在于采用合金中元素的氧化物、海綿鈦、海綿鋯庫和鉿、鈮屑衝和釩屑敏和鉭粉為原料，使用熔煉法制造多功能鈦合金。3、按照權利要求1所述的可精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法，其特征在于采用非自耗爐真空熔煉或自耗爐真空熔煉。全文摘要本發明涉及一種使用氧化物精確控制氧含量、熔煉法制造合金的方法(以下簡稱“氧熔法”)，特別提供了一種使用氧熔法低成本制造多功能鈦合金的方法，解決了粉末冶金法制造多功能鈦合金時存在的生產原料金屬粉的成本較高，以及工藝、設備復雜，生產周期長，生產率較低，制造成本較高等問題。該方法具體步驟如下(1)使用合金中元素的較低熔點的氧化物控制合金所必須的氧含量；(2)使用熔煉法制造合金。本發明可以精確方便地控制合金的氧含量，并且對于多功能鈦合金，可以縮短生產周期、降低原材料和制造成本。文檔編號C22C14/00GK101358302SQ200710012339公開日2009年2月4日申請日期2007年8月1日優先權日2007年8月1日發明者李閣平,義楊,柯楊申請人:中國科學院金屬研究所