外科植入物用鈦合金棒材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，通過坯料準備-開坯鍛造-變形加工-退火處理-熱嬌直-精整處理-二次拋光得到。本發(fā)明外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，經(jīng)過三次嬌直、三次退火處理，提高了鈦合金棒材的質量和性能，滿足出口要求，另外本發(fā)明將鈦合金錠加熱保溫后用錘打設備使其變形率達到50～60%，然后進行墩拔6～9次，提高鈦合金的密實度，而且在中間鍛造及軋制成品中所采用的溫度均低于鈦合金的相變點970℃從而保證了鈦合金棒材的性能及金相組織。
【專利說明】外科植入物用鈦合金棒材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金【技術領域】，涉及一種外科植入物用鈦合金棒材的制備方法。
【背景技術】
[0002]外科植入物用鈦合金以其優(yōu)異的生物相容性、耐蝕性能和綜合力學性能，已廣泛應用于制作多種骨科、口腔科用醫(yī)療器械，如人工關節(jié)(鶻、膝、肩、踝、肘、腕、指關節(jié)等)、骨創(chuàng)傷產(chǎn)品(髓內釘、鋼板、螺釘?shù)?、脊柱矯形內固定系統(tǒng)等骨科植入物產(chǎn)品，以及口腔正畸產(chǎn)品(托槽、帶環(huán)、矯治弓絲、支抗用種植體)。
[0003]現(xiàn)有外科植入物用鈦合金棒材的制備方法常用的工藝是配料準備-開坯鍛造-切制-變形加工-退火處理-熱矯直-車削-精整處理，這種制備方法主要經(jīng)過一次矯直、一次退火處理，制備得到鈦合金棒材的質量和性能較差，達不到出口標準，且其密實度達不到醫(yī)用標準。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，解決了現(xiàn)有方法制備得到的鈦合金棒材質量和性能較差以及密實度達不到醫(yī)用標準的問題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是，外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0006]步驟I，坯料準備
[0007]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0008]步驟2，開坯鍛造
[0009]將鈦合金錠加熱保溫后用錘打設備使其變形率達到50?60%，然后進行墩拔6?9次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0010]步驟3，變形加工
[0011]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫1.5?2h，然后用I噸空氣錘打成Φ 50?Φ 60圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫I?1.5h后用線材扎制設備使其變形率達到50%?60%,制成鈦合金棒材；
[0012]步驟4，退火處理
[0013]將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至680°C?720°C并保溫I?2h ;
[0014]步驟5,熱嬌直
[0015]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至450°C?500°C后使用6輥或10輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，`經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；[0016]步驟6，精整處理
[0017]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
[0018]本發(fā)明的特點還在于，
[0019]步驟I中選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A15.5-6.5%，V3.5-4.5%, Fe ( 0.2%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.03%, H ≤ 0.006%, O ≤ 0.13%,余量為 Ti，上述組分質量百分比之和為100%。
[0020]步驟2中加熱保溫在電阻爐中進行，加熱溫度為1000°C?1150°C，保溫時間為
3 ?5h。
[0021]步驟5中探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗。
[0022]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，經(jīng)過三次嬌直、三次退火處理，提高了鈦合金棒材的質量和性能，滿足出口要求，另外本發(fā)明將鈦合金錠加熱保溫后用錘打設備使其變形率達到50?60%，然后進行墩拔6?9次，提高鈦合金的密實度，而且在中間鍛造及軋制成品中所采用的溫度均低于鈦合金的相變點970°C從而保證了鈦合金棒材的性能及金相組織。
【具體實施方式】
[0023]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0024]本發(fā)明外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0025]步驟I，坯料準備
[0026]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A15.5?6.5%，V3.5?4.5%，F(xiàn)e ( 0.2%，C≤0.08%，N≤0.03%, H≤0.006%, O≤0.13%，余量為Ti，上述組分質量百分比之和為100% ;切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0027]步驟2，開坯鍛造
[0028]將鈦合金錠在電阻爐中加熱至1000°C?1150°C并保溫3?5h后用錘打設備使其變形率達到50?60%，然后進行墩拔6?9次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0029]步驟3，變形加工
[0030]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫1.5?2h，然后用I噸空氣錘打成Φ 50?Φ 60圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫I?1.5h后用線材扎制設備使其變形率達到50%?60%,制成鈦合金棒材；
[0031]步驟4，退火處理
[0032]將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至680°C?720°C并保溫I?2h ;
[0033]步驟5，熱嬌直
[0034]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至450°C?500°C后使用6輥或10輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗；
[0035]步驟6，精整處理
[0036]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
[0037]本發(fā)明外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，經(jīng)過三次嬌直、三次退火處理，提高了鈦合金棒材的質量和性能，經(jīng)測試力學性能，抗拉強度> 895MPa，屈服強度> 828MPa，斷后伸長率> 10%，斷面收縮率> 25%，滿足出口要求，另外本發(fā)明將鈦合金錠加熱保溫后用錘打設備使其變形率達到50?60%，然后進行墩抜6?9次，提高鈦合金的密實度，而且在中間鍛造及軋制成品中所采用的溫度均低于鈦合金的相變點970°C從而保證了鈦合金棒材的性能及金相組織。
[0038]實施例1
[0039]步驟I，坯料準備
[0040]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A15.5%, V4.0%, Fe0.1%，C0.08%, N0.01%, H0.006%, 00.10%，余量為Ti，上述組分質量百分比之和為100% ;切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0041]步驟2，開坯鍛造
[0042]將鈦合金錠在電阻爐中加熱至1100°C并保溫4h后用錘打設備使其變形率達到50%，然后進行墩拔6次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0043]步驟3，變形加工
[0044]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至930°C并保溫2h，然后用I噸空氣錘打成Φ50圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至930°C并保溫1.5h后用線材扎制設備使其變形率達到60%，制成鈦合金棒材；
[0045]步驟4，退火處理
[0046]將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至700°C并保溫1.Sh ；
[0047]步驟5，熱嬌直
[0048]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至480°C后使用6輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至400°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗；
[0049]步驟6，精整處理
[0050]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至420°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
[0051]將實施例1制備得到的外科植入物用鈦合金棒材在200倍下顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，其顯微組織符合ETTC2的Al級，為α-β兩相區(qū)加工形成良好彌散的組織，無原始β晶界上連續(xù)的網(wǎng)狀α，無粗大拉長的片狀α。[0052]對實施例1制備得到的外科植入物用鈦合金棒材進行力學測試，結果顯示，在溫度為20°C下，抗拉強度為950MPa，屈服強度為910MPa，斷后伸長率為20.4%，斷面收縮率為47%。
[0053]實施例2
[0054]步驟I，坯料準備
[0055]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A15.8%, V3.5%, Fe0.15%, N0.02%, H0.004%, 00.13%，余量為Ti，上述組分質量百分比之和為100% ;切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0056]步驟2，開坯鍛造
[0057]將鈦合金錠在電阻爐中加熱至1000°C并保溫5h后用錘打設備使其變形率達到60%，然后進行墩拔9次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0058]步驟3，變形加工
[0059]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至950°C并保溫1.8h，然后用I噸空氣錘打成Φ55圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至950°C并保溫1.2h后用線材扎制設備使其變形率達到55%，制成鈦合金棒材；
[0060]步驟4，退火處理
[0061]將步驟3制成的鈦 合金棒材在電阻爐中加熱至680°C并保溫2h ；
[0062]步驟5，熱嬌直
[0063]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至460°C后使用10輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至420°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗;
[0064]步驟6，精整處理
[0065]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
[0066]實施例3
[0067]步驟I，坯料準備
[0068]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A16.0%, V4.5%, Fe0.2%, C0.05%, H0.003%, 00.05%，余量為 Ti,上述組分質量百分比之和為100% ;切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0069]步驟2，開坯鍛造
[0070]將鈦合金錠在電阻爐中加熱至1150°C并保溫3h后用錘打設備使其變形率達到55%，然后進行墩拔8次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0071]步驟3，變形加工
[0072]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至960°C并保溫1.5h，然后用I噸空氣錘打成Φ60圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至960°C并保溫Ih后用線材扎制設備使其變形率達到55%，制成鈦合金棒材；
[0073]步驟4，退火處理
[0074]將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至720°C并保溫Ih ；
[0075]步驟5，熱嬌直
[0076]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至450°C后使用10輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗;
[0077]步驟6，精整處理
[0078]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至410°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
[0079]實施例4
[0080]步驟I，坯料準備
[0081]選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A16.5%, V4.2%, C0.02%, N0.03%, H0.001%, 00.08%，余量為 Ti,上述組分質量百分比之和為100% ;切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；
[0082]步驟2，開坯鍛造
[0083]將鈦合金錠在電阻爐中加熱至1050°C并保溫3.5h后用錘打設備使其變形率達到55%，然后進行墩拔7次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；
[0084]步驟3，變形加工
[0085]將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至940°C并保溫1.6h，然后用I噸空氣錘打成Φ 60圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至940°C并保溫1.2h后用線材扎制設備使其變形率達到50%，制成鈦合金棒材；
[0086]步驟4，退火處理
[0087]將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至690°C并保溫1.5h ；
[0088]步驟5，熱嬌直
[0089]將經(jīng)過退火處理的鈦合金棒材溫度降至500°C后使用6輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車 床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至430°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗;
[0090]步驟6，精整處理
[0091]將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至400°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
【權利要求】
1.外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施:步驟I，坯料準備選用符合GB/T13810-2007標準要求的鈦合金錠作為坯料，切除經(jīng)超聲波探傷后確定存在缺陷的部分，然后分成小段上車床倒角；步驟2，開坯鍛造將鈦合金錠加熱保溫后用錘打設備使其變形率達到50?60%，然后進行墩抜6?9次后切成成品棒材需要重量小鈦合金坯塊；步驟3，變形加工將步驟2得到的小鈦合金坯塊進行修磨(修磨掉裂紋和缺陷)后在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫1.5?2h，然后用I噸空氣錘打成Φ 50?Φ 60圓棒后再次修磨，再在電阻爐中加熱至930°C?960°C并保溫I?1.5h后用線材扎制設備使其變形率達到50%?60%,制成鈦合金棒材；步驟4，退火處理將步驟3制成的鈦合金棒材在電阻爐中加熱至680°C?720°C并保溫I?2h ;步驟5，熱嬌直將經(jīng)過退火處理的 鈦合金棒材溫度降至450°C?500°C后使用6輥或10輥粗矯直機進行熱矯直并空冷，然后用無心車床車削到成品棒材尺寸(包括余量1mm)，再在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，經(jīng)過探傷后用無心車或無心磨加工成成品棒材尺寸；步驟6，精整處理將經(jīng)過步驟5處理的鈦合金棒材在箱式電阻爐中加熱至400°C?450°C后放入10輥精矯直機內進行矯直，達到0.5/1000mm的直線度，最后進行兩次拋光處理，即得到外科植入物用鈦合金棒材。
2.根據(jù)權利要求1所述的外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，其特征在于，所述步驟I中選用的鈦合金錠，按照質量百分比由以下組分組成:A15.5-6.5%，V3.5-4.5%，F(xiàn)e ≤0.2%, C≤0.08%, N≤0.03%, H≤0.006%, 0≤0.13%,余量為 Ti，上述組分質量百分比之和為100%ο
3.根據(jù)權利要求1所述的外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，其特征在于，所述步驟2中加熱保溫在電阻爐中進行，加熱溫度為1000°C?1150°C，保溫時間為3?5h。
4.根據(jù)權利要求1所述的外科植入物用鈦合金棒材的制備方法，其特征在于，所述步驟5中探傷是將鈦合金棒材放入水槽中用探傷設備做超聲波檢驗。
【文檔編號】C22C14/00GK103436831SQ201310360588
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權日:2013年8月16日
【發(fā)明者】陳勝明, 王榮生, 馬寶全 申請人:寶雞市永盛泰鈦業(yè)有限公司