本發(fā)明涉及醫(yī)用U型釘用TC4合金棒材的生產(chǎn)加工技術(shù)，特別是一種提高TC4醫(yī)用U型釘縮口尺寸穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)：

U型釘(椎弓根螺釘)與鎖緊螺母和連接棒作為脊柱固定系統(tǒng)，用于治療脊柱的骨折、畸形等。U型釘在加工成型后會(huì)出現(xiàn)縮口(U型口發(fā)生收縮)現(xiàn)象，縮口尺寸及穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)U型釘性能的重要指標(biāo)之一。醫(yī)用TC4棒材加工成U型釘作為脊柱固定系統(tǒng)植入人體，當(dāng)U型釘縮口尺寸大于0.10mm時(shí)，將導(dǎo)致與其配套的連接棒和鎖緊螺母無(wú)法準(zhǔn)確夾緊定位，給臨床應(yīng)用帶來(lái)不便，影響患者的治療。

U型釘縮口現(xiàn)象是由TC4合金棒材在加工過(guò)程中再結(jié)晶不充分、殘余應(yīng)力去除不徹底引起的。醫(yī)用U型釘用TC4合金棒材主要經(jīng)過(guò)熱拔、電矯直、雙曲線矯直和熱處理等加工工藝，通過(guò)加大拉拔變形量或改善熱處理溫度可改善棒材的再結(jié)晶程度。當(dāng)拉拔變形量較大時(shí)，會(huì)加速拉拔模具的破損，且拉拔后的棒材表面容易造成劃痕、拉傷等，表面質(zhì)量和尺寸精度也不易控制，并且使后續(xù)的冷矯直(通過(guò)雙曲線矯直實(shí)現(xiàn))產(chǎn)生的殘余應(yīng)力相差較大，這也導(dǎo)致制造的U型釘縮口尺寸一致性差，甚至?xí)?.08mm～0.20mm的波動(dòng)。所以通過(guò)加大拉拔變形量來(lái)改善棒材再結(jié)晶程度的方法具有很大局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種能控制TC4醫(yī)用U型釘縮口尺寸在0.10mm以下并使縮口尺寸保持穩(wěn)定的提高TC4醫(yī)用U型釘縮口尺寸穩(wěn)定性的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種提高TC4醫(yī)用U型釘縮口尺寸穩(wěn)定性的方法，包括以下步驟：

A、前處理

按照現(xiàn)有方法對(duì)TC4棒材進(jìn)行熱軋、掛氧化皮、熱拔和電矯直處理；

B、高溫?zé)崽幚?/p>

對(duì)TC4棒材進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，高溫?zé)崽幚砗?，?duì)TC4棒材縱截面邊緣位置取樣進(jìn)行組織檢測(cè)，對(duì)照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ETTC 2^nd，觀察半成品棒材組織是否符合再結(jié)晶充分的細(xì)小等軸組織的標(biāo)準(zhǔn)，如不符合標(biāo)準(zhǔn)，則報(bào)廢；

C、雙曲線矯直

按照現(xiàn)有方法對(duì)TC4棒材進(jìn)行雙曲線矯直；

D、低溫?zé)崽幚?/p>

對(duì)TC4棒材進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，低溫?zé)崽幚砗螅瑢?duì)TC4棒材縱截面邊緣位置取樣進(jìn)行組織檢測(cè)，對(duì)照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ETTC 2^nd，觀察半成品棒材組織是否符合再結(jié)晶充分的細(xì)小等軸組織的標(biāo)準(zhǔn)，如不符合標(biāo)準(zhǔn)，則報(bào)廢；如符合標(biāo)準(zhǔn)，則對(duì)TC4棒材進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，如果維氏硬度符合標(biāo)準(zhǔn)，拉伸性能符合GB/T13810-2007的要求，則轉(zhuǎn)步驟E，否則報(bào)廢；

E、U型釘縮口尺寸檢測(cè)

將經(jīng)過(guò)高低溫?zé)崽幚淼腡C4棒材，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工成15個(gè)U型釘，檢測(cè)U型釘外徑直線度的變化，評(píng)價(jià)U型釘?shù)目s口性能。

進(jìn)一步地，步驟B所述的高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00～760℃，保溫時(shí)間為85～95min。

進(jìn)一步地，步驟D所述的低溫?zé)崽幚淼臏囟葹?50～680℃，保溫時(shí)間為85～95min。

進(jìn)一步地，步驟D所述的維氏硬度標(biāo)準(zhǔn)為320～340HV。

進(jìn)一步地，步驟E所述的檢測(cè)方法如下：取定尺長(zhǎng)度的TC4棒材，采用數(shù)控機(jī)床連續(xù)制作40個(gè)U型釘，隨機(jī)抽樣15個(gè)U型釘檢測(cè)其縮口尺寸。

進(jìn)一步地，所述的定尺長(zhǎng)度為2800～3200mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明首先通過(guò)調(diào)整高溫?zé)崽幚頊囟?，獲得具有等軸組織、再結(jié)晶充分的棒材；然后通過(guò)調(diào)整低溫?zé)崽幚頊囟?，獲得力學(xué)性能符合GB/T 13810-2007要求的棒材；最后將不同熱處理工藝后的棒材各加工15個(gè)U型釘，檢測(cè)U型釘?shù)目s口尺寸。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整TC4棒材的高溫?zé)崽幚砗偷蜏責(zé)崽幚砉に嚕⒃诿總€(gè)步驟增加檢測(cè)工藝，從而確保了U型釘縮口尺寸小于0.10mm，且縮口尺寸保持穩(wěn)定。

2、本發(fā)明在實(shí)際生產(chǎn)工藝中只需在一定的溫度范圍內(nèi)對(duì)TC4棒材進(jìn)行高低溫?zé)崽幚?，無(wú)須調(diào)節(jié)其他工藝參數(shù)，溫度調(diào)整方便、可靠易行。

3、本發(fā)明在鈦合金棒材加工成醫(yī)用U型釘前，需檢測(cè)確定的技術(shù)指標(biāo)除滿足GB/T 13810-2007要求外，還必須保證棒材顯微組織為細(xì)小等軸晶、維氏硬度在325～335HV左右，簡(jiǎn)單、可控、易行?？捎行p少一旦棒材加工成U型釘后縮口尺寸不合格帶來(lái)的不可逆轉(zhuǎn)的破壞性損失。

4、本發(fā)明通過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將棒材加工成醫(yī)用U型釘，測(cè)試多個(gè)U型釘?shù)目s口尺寸，評(píng)價(jià)其縮口性能，方法簡(jiǎn)單、可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為710℃高溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織示意圖。

圖2為710℃高溫保溫1.5h，620℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織示意圖。

圖3為710℃高溫保1.5h，620℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的維氏硬度曲線圖。

圖4為710℃高溫保溫1.5h，620℃低溫保溫1.5h，試樣的拉伸曲線圖。

圖5為棒材經(jīng)710℃-620℃熱處理后，醫(yī)用U型釘?shù)目s口尺寸。

圖6為710℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織。

圖7為710℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的維氏硬度。

圖8為710℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保1.5h，試樣的拉伸曲線和拉伸性能。

圖9為棒材經(jīng)710℃-640℃熱處理后，醫(yī)用U型釘?shù)目s口尺寸分布圖。

圖10為750℃高溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織示意圖。

圖11為750℃高溫保溫1.5h，620℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織示意圖。

圖12為750℃高溫保溫1.5h，620℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的維氏硬度曲線圖。

圖13為750℃高溫保溫1.5h，620℃低溫保溫2h，試樣的拉伸曲線圖。

圖14為棒材經(jīng)750℃-620℃熱處理后，醫(yī)用U型釘?shù)目s口尺寸分布圖。

圖15為750℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的顯微組織示意圖。

圖16為750℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保溫1.5h，試樣縱截面的維氏硬度曲線圖。

圖17為750℃高溫保溫1.5h，640℃低溫保溫1.5h，試樣的拉伸曲線圖。

圖18為棒材經(jīng)750℃-640℃熱處理后，醫(yī)用U型釘?shù)目s口尺寸分布圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

本發(fā)明中提高TC4醫(yī)用U型釘縮口尺寸穩(wěn)定性的熱處理方法具體方案由以下實(shí)施例詳細(xì)給出。

試驗(yàn)材料為φ14mm長(zhǎng)3m的醫(yī)用TC4棒材(用于生產(chǎn)醫(yī)用U型釘)，經(jīng)過(guò)熱軋、掛氧化皮、熱拔和電矯直處理，然后對(duì)棒材按如下方案進(jìn)行處理。

首先將TC4棒材在高溫車臺(tái)式電阻爐中于710℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，如圖1所示。

然后將經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼陌舨倪M(jìn)行雙曲線矯直后，在低溫車臺(tái)式電阻爐中于620℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，結(jié)果如圖2所示。利用HVS1000Z維氏硬度計(jì)測(cè)試縱截面的維氏硬度，加載載荷為9.8N、保荷時(shí)間為15s，沿試樣中軸線從中心到邊緣測(cè)15個(gè)點(diǎn)的硬度，結(jié)果如圖3所示。

最后將低溫?zé)崽幚淼陌舨慕?jīng)過(guò)修磨后，沿棒材拉拔方向切取棒狀拉伸試樣，拉伸試樣標(biāo)距為44mm、平行長(zhǎng)度60mm、總長(zhǎng)180mm，夾持端與平行段圓弧過(guò)渡。用WDW-200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在室溫下測(cè)試棒材的拉伸性能，拉伸所用引伸計(jì)標(biāo)距為50mm，拉伸速率為1mm/min，結(jié)果如圖4所示。將性能符合GB/T13810-2007要求的棒材按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工成醫(yī)用U型釘，檢測(cè)U型釘外徑和U型槽的直線度變化，結(jié)果如圖5所示。15個(gè)U型釘?shù)目s口尺寸均在0.05mm以下，且波動(dòng)較小。

實(shí)施例2：

首先將TC4棒材在高溫車臺(tái)式電阻爐中于710℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，如圖1所示。

然后將經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼陌舨倪M(jìn)行雙曲線矯直后，在低溫車臺(tái)式電阻爐中于640℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，結(jié)果如圖6所示。利用HVS1000Z維氏硬度計(jì)測(cè)試縱截面的維氏硬度，加載載荷為9.8N、保荷時(shí)間為15s，沿試樣中軸線從中心到邊緣測(cè)15個(gè)點(diǎn)的硬度，結(jié)果如圖7所示。

最后將低溫?zé)崽幚淼陌舨慕?jīng)過(guò)修磨后，沿棒材拉拔方向切取棒狀拉伸試樣，拉伸試樣標(biāo)距為44mm、平行長(zhǎng)度60mm、總長(zhǎng)180mm，夾持端與平行段圓弧過(guò)渡。用WDW-200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在室溫下測(cè)試棒材的拉伸性能，拉伸所用引伸計(jì)標(biāo)距為50mm，拉伸速率為1mm/min，結(jié)果如圖8所示。將性能符合GB/T13810-2007要求的棒材按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工成醫(yī)用U型釘，檢測(cè)U型釘外徑和U型槽的直線度變化，結(jié)果如圖9所示。15個(gè)U型釘?shù)目s口尺寸均在0.08mm以下，且波動(dòng)較小。

實(shí)施例3：

首先將TC4棒材在高溫車臺(tái)式電阻爐中于750℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，如圖10所示。

然后將經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼陌舨倪M(jìn)行雙曲線矯直后，在低溫車臺(tái)式電阻爐中于620℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，結(jié)果如圖11所示。利用HVS1000Z維氏硬度計(jì)測(cè)試縱截面的維氏硬度，加載載荷為9.8N、保荷時(shí)間為15s，沿試樣中軸線從中心到邊緣測(cè)15個(gè)點(diǎn)的硬度，結(jié)果如圖12所示。

最后將低溫?zé)崽幚淼陌舨慕?jīng)過(guò)修磨后，沿棒材拉拔方向切取棒狀拉伸試樣，拉伸試樣標(biāo)距為44mm、平行長(zhǎng)度60mm、總長(zhǎng)180mm，夾持端與平行段圓弧過(guò)渡。用WDW-200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在室溫下測(cè)試棒材的拉伸性能，拉伸所用引伸計(jì)標(biāo)距為50mm，拉伸速率為1mm/min，結(jié)果如圖13所示。將性能符合GB/T13810-2007要求的棒材按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工成醫(yī)用U型釘，檢測(cè)U型釘外徑和U型槽的直線度變化，結(jié)果如圖14所示。15個(gè)U型釘?shù)目s口尺寸均在0.08mm以下，且波動(dòng)較小。

實(shí)施例4：

首先將TC4棒材在高溫車臺(tái)式電阻爐中于750℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，如圖10所示。

然后將經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼陌舨倪M(jìn)行雙曲線矯直后，在低溫車臺(tái)式電阻爐中于640℃保溫1.5h，出爐空冷，切取6mm的一段觀察縱截面的顯微組織，結(jié)果如圖15所示。利用HVS1000Z維氏硬度計(jì)測(cè)試縱截面的維氏硬度，加載載荷為9.8N、保荷時(shí)間為15s，沿試樣中軸線從中心到邊緣測(cè)15個(gè)點(diǎn)的硬度，結(jié)果如圖16所示。

最后將低溫?zé)崽幚淼陌舨慕?jīng)過(guò)修磨后，沿棒材拉拔方向切取棒狀拉伸試樣，拉伸試樣標(biāo)距為44mm、平行長(zhǎng)度60mm、總長(zhǎng)180mm，夾持端與平行段圓弧過(guò)渡。用WDW-200電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在室溫下測(cè)試棒材的拉伸性能，拉伸所用引伸計(jì)標(biāo)距為50mm，拉伸速率為1mm/min，結(jié)果如圖17所示。將性能符合GB/T13810-2007要求的棒材按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工成醫(yī)用U型釘，檢測(cè)U型釘外徑和U型槽的直線度變化，結(jié)果如圖18所示。15個(gè)U型釘?shù)目s口尺寸均在0.08mm以下，且波動(dòng)較小。

本發(fā)明不局限于本實(shí)施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護(hù)范圍。