人工关节用CoCrMo合金的生产方法技术

本发明专利技术涉及钴基合金领域，具体的说是一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法。该方法首先通过真空感应炉熔炼、电渣重熔获得锻造坯料。然后将坯料加热至1150℃～1250℃保温，然后进行锻造。锻造过程中严格控制坯料温度在一定的温度范围内，最后一火次保温温度为1150℃，每火次终锻温度不低于1000℃，以保障CoCrMo锻坯一直处于良好的塑性加工状态。锻后进行扩散退火处理，退火温度在1000℃～1050℃。本发明专利技术通过此生产方法获得CoCrMo合格锻坯，为制造人工关节部件提供合格原材料，获得合格CoCrMo人工关节部件原材料的最重要环节是锻造，严格控制始锻、终锻温度又是保证获得高质量产品，提高生产收得率的最关键部分。

Production Method of CoCrMo Alloy for Artificial Joint

【技术实现步骤摘要】
人工关节用CoCrMo合金的生产方法
本专利技术涉及钴基合金领域，具体的说是一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法。
技术介绍
钴基合金具有优良的高温性能，优异的热强性、耐蚀性，而且具有突出的耐擦伤性能。因此，钴基合金在航空、航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金、医学等领域都有广阔的用途。在医学上使用的钴基合金通常指钴铬合金，在国外，钴基合金在人工关节方面应用广泛，其中的锻造钴铬钼合金(在钴铬合金中添加钼)，已广泛用于制造人体植入骨骼。钴铬钼合金除了具有：1)无毒副作用；2)良好的生物兼容性；3)高强度；4)良好的稳定性和可靠性外，而且具有5)优异的耐腐蚀性，包括人体组织液的腐蚀，在人体中始终处于钝态，可以做到终身不换。但是，钴铬钼合金的锻造性能很差。钴铬钼合金，通常用铸造生产，在一些发达国家已用锻造生产；相比国外，国内的锻造技术差距很明显，也影响国产钴铬钼合金产品的推广应用。铸造CoCrMo合金在二十世纪五十年代就已经用来制作人工关节。而经过锻造后，CoCrMo合金具有高得多的强度和延展性，而且耐腐蚀性能也有改进。锻造钴基合金具有面心立方晶体结构，其显微结构为奥氏体，在高温锻造不会发生奥氏体组织的再结晶，而且会打碎原奥氏体晶粒，经过退火处理，获得更细小的晶粒尺寸和更均匀的显微结构。但是，之前国内还没有CoCrMo合金锭锻造成功的报导。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法，获得CoCrMo合格锻坯，为制造人工关节部件提供合格原材料。本专利技术的技术方案是：一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法，包括以下步骤：1)选用无污染坩埚进行真空感应炉熔炼；2)选用高纯金属原材料进行熔炼；将合炉抽真空≤15Pa后开始送功率熔炼，熔炼过程中保持真空度≤25Pa，料发红后立即升功率至化清，并进一步提升熔池温度；3)当熔池温度达到1600℃时开始精炼，精炼时间在20～30min，精炼时的真空度≤15Pa；之后进行充氮操作，满足氮含量要求；4)在保护气体中进行电渣重熔；5)采用精密锻造、快锻锻造或自由锻造方法：CoCrMo锻坯冷装炉时，炉温不超过600℃，升温速度不超过50℃/h，升温至1250℃，锻坯保温1～2小时后出炉锻造，完成每一火次锻造后，锻坯回炉继续在1250℃保温1～2小时后出炉锻造，要保证每火次锻造时的变形量≤20％；最后一火次锻造坯料保温温度为1150℃，保温时间控制在1～2小时，保证最后一火次锻造的变形量≤25％；6)锻造完成后，锻坯在1000℃～1050℃进行扩散退火处理，保温时间1～2小时，空冷至室温。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，选料时，采用Co99.8或更高牌号的金属钴，Cr99.95或更高牌号的金属铬，GB/T3462中Mo-1或更高牌号的金属钼。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，步骤3)中，充氮压力为50～60KPa，充氮时间在12～18min，满足含氮量0.10wt％～0.18wt％范围。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，步骤4)中，保护气体为氩气。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，步骤4)中，采用三元渣或四元渣进行电渣重熔。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，三元渣成分按重量百分比为CaF2：65～75％、Al2O3：20～30％、MgO：4～6％。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，四元渣成分按重量百分比为：CaF2：65～75％、Al2O3：10～15％、CaO：7～9％、MgO：8～12％。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，步骤5)中，锻造过程不进行镦粗操作时，选用的电渣结晶器规格要保证后面的锻比不小于4。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，步骤5)中，坯料出炉后迅速送到砧板，避免坯料温降太多，每火次坯料的终锻温度不低于1000℃。所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，每火次的终锻温度要不低于1050℃。本专利技术的设计思想是：钴基合金成形困难，热变形性能较差。本专利技术工艺方法从钴基合金的真空感应炉冶炼开始，严格控制：原料的成分；真空冶炼过程中的合金液纯净度；经过电渣重熔二次精炼；提高锻造温度，合金获得较宽的锻造温度区间，严格控制终锻温度，保障钴基合金锻坯一直处于良好的塑性加工状态，提高锻造成品率；锻后再进行扩散退火处理。每个工序都要严格工艺参数，最终获得合格产品，为下一步制造人工关节提供合格锻坯。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术提供人工关节用原材料CoCrMo合金的一种生产方法，通过此生产方法获得CoCrMo合格锻坯，为制造人工关节部件提供合格原材料，获得合格CoCrMo人工关节部件原材料的最重要环节是锻造，严格控制始锻、终锻温度又是保证获得高质量产品，提高生产收得率的最关键部分；2、本专利技术原材料纯度高，严格真空熔炼工艺制度并进行电渣重熔二次精炼，为获得优质产品提供保证；3、采用精密锻造、快锻锻造能够保证在锻坯温度下降到终锻温度前，能快速完成锻造；采用自由锻造方法，锻造时不能低于终锻温度，以免出现质量问题。附图说明图1为实施例四CoCrMo锻坯热处理后晶粒度图像。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术方法首先通过真空感应炉熔炼、电渣重熔获得锻造坯料。按质量百分比计，人工关节用CoCrMo合金的化学成分如下：Cr28.0％～30.0％，Mo5.5％～6.5％，Ni<0.1％，Fe<0.1％，Mn<0.1％，Nb<0.1％，Si<0.1％，O<0.05％，C<0.05％，N<0.20％，Co余量。然后将坯料加热至1150℃～1250℃保温，进行锻造。锻造过程中严格控制坯料温度在一定的温度范围内，最后一火次保温温度为1150℃，每火次终锻温度不低于1000℃，以保障CoCrMo锻坯一直处于良好的塑性加工状态。锻后进行扩散退火处理，退火温度在1000℃～1050℃。通过此生产方法获得CoCrMo合格锻坯，为制造人工关节部件提供合格原材料。该方法的具体步骤如下：1)选用无污染坩埚进行真空感应炉熔炼；如采用旧坩埚熔炼，注意炉内及坩埚内必须清理干净，上炉熔炼合金与CoCrMo成分差异大时，要进行洗炉，坩埚内不得留有异物和上一炉的合金料；2)选用高纯金属原材料进行熔炼；将合炉抽真空≤15Pa后开始送功率熔炼，熔炼过程中保持真空度≤25Pa，料发红后快速升功率至化清，之后保持此高功率提升熔池温度；3)当熔池温度达到1600℃时开始精炼，精炼时间在20～30min，精炼时的真空度≤15Pa；之后进行充氮操作，满足氮含量要求；4)在保护气体中进行电渣重熔，电渣重熔过程平稳，电流、电压波动小；例如：选用直径结晶器电渣重熔时，稳定时电流控制在2000±200A，电压控制在40±2.5V范围；5)采用精密锻造、快锻锻造或自由锻造方法：CoCrMo锻坯冷装炉时，炉温不超过600℃，升温速度不超过50℃/h，升温至1250℃，锻坯保温1～2小时后出炉锻造，完成每一火次锻造后，锻坯回炉继续在1250℃保温1～2小时后出炉锻造，要保证每火次锻造时的变形量≤20％；最后一火次锻造坯料保温温度为1150℃，保温时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选用无污染坩埚进行真空感应炉熔炼；2)选用高纯金属原材料进行熔炼；将合炉抽真空≤15Pa后开始送功率熔炼，熔炼过程中保持真空度≤25Pa，料发红后立即升功率至化清，并进一步提升熔池温度；3)当熔池温度达到1600℃时开始精炼，精炼时间在20～30min，精炼时的真空度≤15Pa；之后进行充氮操作，满足氮含量要求；4)在保护气体中进行电渣重熔；5)采用精密锻造、快锻锻造或自由锻造方法：CoCrMo锻坯冷装炉时，炉温不超过600℃，升温速度不超过50℃/h，升温至1250℃，锻坯保温1～2小时后出炉锻造，完成每一火次锻造后，锻坯回炉继续在1250℃保温1～2小时后出炉锻造，要保证每火次锻造时的变形量≤20％；最后一火次锻造坯料保温温度为1150℃，保温时间控制在1～2小时，保证最后一火次锻造的变形量≤25％；6)锻造完成后，锻坯在1000℃～1050℃进行扩散退火处理，保温时间1～2小时，空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种人工关节用CoCrMo合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选用无污染坩埚进行真空感应炉熔炼；2)选用高纯金属原材料进行熔炼；将合炉抽真空≤15Pa后开始送功率熔炼，熔炼过程中保持真空度≤25Pa，料发红后立即升功率至化清，并进一步提升熔池温度；3)当熔池温度达到1600℃时开始精炼，精炼时间在20～30min，精炼时的真空度≤15Pa；之后进行充氮操作，满足氮含量要求；4)在保护气体中进行电渣重熔；5)采用精密锻造、快锻锻造或自由锻造方法：CoCrMo锻坯冷装炉时，炉温不超过600℃，升温速度不超过50℃/h，升温至1250℃，锻坯保温1～2小时后出炉锻造，完成每一火次锻造后，锻坯回炉继续在1250℃保温1～2小时后出炉锻造，要保证每火次锻造时的变形量≤20％；最后一火次锻造坯料保温温度为1150℃，保温时间控制在1～2小时，保证最后一火次锻造的变形量≤25％；6)锻造完成后，锻坯在1000℃～1050℃进行扩散退火处理，保温时间1～2小时，空冷至室温。2.根据权利要求1所述的人工关节用CoCrMo合金的生产方法，其特征在于，选料时，采用Co99.8或更高牌号的金属钴，Cr99.95或更高牌号的金属铬，GB/T3462中Mo-1或更高牌号的金属钼。3.根据权利要求1所述的人工关节用CoCrMo合金的生产...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，
申请(专利权)人：凯里学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52