[发明专利]一种可精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用合金中元素的氧化物精确控制合金所必须的氧含量、熔炼法制造合金的方法，特别提供了一种使用氧熔法低成本制造多功能钛合金的方法。

背景技术

氧一般被认为是合金中的杂质元素而被严格控制其含量，然而在一些合金中却将其视为必不可少的元素，例如多功能钛合金“Gum Metal”。多功能钛合金是日本科学家Takashi Saito等人在最近几年研制成功的一种新型钛合金，该合金具有众多的超性能，例如(1)室温超塑性；(2)低弹性模量(E最低可达40GPa)；(3)高强度(室温断裂强度σ_b约1200MPa)；(4)超弹性(室温时约2.5％，-196时超过4％)；(5)因瓦合金(invar，也称为殷钢)和恒弹性合金(Elinvar，艾林瓦合金)的性能等。

如此多的超性能使得该合金具有广阔的应用领域，如人造骨、医疗器械、医学整形，体育用品、汽车配件、制造超轻弹簧，以及在恶劣环境中工作的航空和太空精密器件等。该合金目前在日本已经投入市场。

事实上，它代表的是一类合金。要获得该类合金，必须同时具备以下条件。(1)成分的平均价电子数(e/a)约为4.24；(2)约2.87的Bo值(基于DV-Xα束法)；(3)约2.45eV的Md值；(4)有锆元素和氧元素存在，且氧含量控制在0.7～3.0mol.％；(5)一定程度的后续冷变形。这类合金的成分以Ti-24(Nb+Ta+V)-(Zr，Hf)-O(mol.％)为基础，典型的成分有Ti-9Nb-12Ta-3V-6Zr-1.2O、Ti-23Nb-0.7Ta-2Zr-1.2O和Ti-20Nb-3.5Ta-3.4Zr-1.2O(mol.％)等。

由于其中含有大量的高熔点元素Nb、Ta(Nb熔点约2470℃，Ta熔点约3000℃)，以及为了精确控制合金元素含量，目前该类合金一直使用粉末冶金的方法制造，工艺如下：

(1)将Ti、Nb、Ta、V、Zr的纯金属粉混合后高能球磨0.5～2h；

(2)均匀混合的金属粉在392MPa下冷等静压；

(3)将生料在10^-3Pa的真空下1300℃烧结4h，炉冷至室温；

(4)坯料在1150℃热锻；

(5)锻棒在800℃轧棒；

(6)在氩气中1000℃固溶1h后盐水淬；

(7)一定变形量的冷轧。合金中的氧含量通过含氧量为4mol.％的钛粉控制。

粉末冶金法制造该合金具有以下缺点：(1)生产原料金属粉的成本较高；(2)工艺、设备复杂，生产周期长，生产率较低，制造成本较高。这些缺点在一定程度上限制了该合金的使用，因此设计一种低成本制造该合金的方法是非常必要和具有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用氧化物精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，特别提供了一种使用氧熔法低成本制造多功能钛合金的方法，解决粉末冶金法制造多功能钛合金时存在的：生产原料金属粉的成本较高，以及工艺、设备复杂，生产周期长，生产率较低，制造成本较高等问题。

本发明的技术方案是：

一种使用氧化物精确控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，具体步骤如下：

(1)使用合金中元素的氧化物控制合金所必须的氧含量；

(2)使用熔炼法制造合金。

在制造多功能钛合金中，使用氧化物、海绵钛、海绵锆或/和铪、铌屑或/和钒屑或/和钽粉为原料，使用传统的熔炼法制造该合金。使用的氧化物可以为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、V₂O₅之一种或两种或三种或四种，配料时采用所述氧化物控制合金氧含量，采用非自耗炉真空熔炼或自耗炉真空熔炼。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明提供一种使用氧化物控制氧含量、熔炼法制造合金的方法，通过使用价格低廉的氧化物精确地控制合金所必须的氧含量，用熔炼法制造合金。

2、本发明提供一种使用氧化物、海绵钛、海绵锆或/和铪、铌屑或/和钒屑或/和钽粉为原料，使用传统的熔炼法制造多功能钛合金的工艺。从而，可精确方便地控制氧含量、缩短生产周期、降低原材料和制造成本。