[发明专利]一种无磁宽温域恒弹性钛合金及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及到一种无磁宽温域恒弹性钛合金及其制备方法。该钛合金的组成成分中至少包含一种β稳定元素，可以含有一种或两种以上的中性元素，可以含有一种或两种以上的α稳定元素。该钛合金的制备方法包含热处理，热处理温度为250～550℃，热处理时间为0.5～48小时。通过此方法制备的恒弹性钛合金，在宽温域范围内弹性模量温度系数小于20×10^‑6/℃，室温弹性模量为60～90GPa，屈服强度大于600MPa，具备优异的综合性能。本发明中的钛合金属于无磁类材料，不受实际使用环境的磁场干扰，能够在极宽的温度范围内实现恒弹性性能，且弹性模量温度系数可调控，同时具备优异的力学性能，制备方法简单，因此是一种具有良好的应用前景无磁恒弹性材料。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及到一种无磁宽温域恒弹性钛合金及其制备方法。

背景技术

早在19世纪初期，人们就发现了温度变化会影响钟表走时的准确性，并且逐渐认识到此现象与钟表内游丝的弹性模量随温度的变化有关。人们在之后的研究中发现，对于一般的金属或无相变合金，随温度升高，其弹性模量会因原子间结合力的逐步减弱而有下降的趋势，这种弹性模量随温度的变化关系对于仪器仪表在不同温度环境下使用的准确性极为不利。因此，为了保证仪器仪表在不同温度环境下使用的准确与可靠性，人们迫切需要研发出一种在一定温度范围内弹性模量不随温度变化或变化很小的材料，这种材料的弹性模量温度系数很小，也可以称之为恒弹性艾林瓦(Elinvar)合金。

在1896年，人们发现Fe-Ni二元合金中Ni的原子百分比为42％时，弹性模量温度系数可以接近为零，但是其恒弹性温度范围很窄，并且力学性能较差，因此并没有获得广泛应用。此后，人们研制出可实际应用的碳化物强化型和时效强化型Fe-Ni基恒弹性合金，形成了许多牌号，如：Ni-Span C、Ni-Span D和我国的3J53、3J58等恒弹性合金。由于Fe-Ni系合金的性能一致性较差、机械品质因数低等因素，国内外进行大量工作，研究了多种恒弹性合金来弥补Fe-Ni系合金上述的不足之处。其中一类为铁磁性恒弹性合金，其主要为Fe-Ni与Fe-Co系合金，为了进一步降低弹性模量温度系数可以适量添加Mo、Cu、Zr、Ge和稀土元素，改变析出相的形态和数量，从而开发出性能更加优异的新型恒弹性合金。还有一类应用较广的铁磁类恒弹性合金为Co-Fe系合金，其弹性模量温度系数较稳定，典型的合金为Elcolloy合金等。由于在仪器仪表工业中，大部分弹性元件的使用要求是不受外界磁场干扰，或不干扰仪器的工作磁场，因此，铁磁类恒弹性合金并不能满足在磁场下使用的要求，因此需要开发研究新型的无磁恒弹性合金。

无磁恒弹性合金主要分为两类，第一类是反铁磁性恒弹性合金，包括Cr基、Fe-Mn基、Mn基等合金系；另一类是顺磁性恒弹性合金，如：Nb基，Ti基和Pd-Au基合金等。Fe-Mn系合金与Mn系的特点是造价便宜，但是恒弹性温区较窄，耐蚀性差，因此无法满足对精度要求较高及温度变化较大的使用环境。顺磁类Nb-基恒弹性合金性能优异，恒弹性温区较宽，但是难于加工，而Pd-Au系合金造价昂贵，不能广泛应用。与之相比较，Ti基合金具有无磁、耐蚀性高、弹性极限高、疲劳极限高、抗拉强度高、屈服强度高、塑性良好等优点，并且恒弹性温区相对较宽，因此满足在航空航天导航仪器、仪表等方面的适使用条件，具备极高的应用潜力。但是，目前国内对于具有优良综合性能的Ti基恒弹性合金的专利报道还较少，相关恒弹性材料还未得到广泛应用，因此此类宽温域恒弹性钛合金具备较高的研究与应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良综合力学性能的无磁宽温域恒弹性钛合金及其制备方法，满足在宽温度范围内应用的弹性元件(如：压力传感器、应变片标定樑、扭杆陀螺仪等)为实现高精度、高灵敏度、高抗扰能力而对材料性能所提出的特殊要求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：