本发明专利技术公开了一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，按质量百分比由以下元素组成：Al 6.0％～6.3％，V 4.0％～4.3％，O 0.16％～0.18％，Fe 0.18％～0.25％，Ti 88.97％～89.66％，以上元素的含量之和为百分之百，本发明专利技术制得的棒材具有高硬度、高韧性和高强度的特点，能够广泛应用于医用脊柱顶丝固定系统；本发明专利技术还公开了上述棒材的制备方法：制备铸锭-锻造、拔长为方坯、轧制为棒材、热处理、精加工，能够实现批量化生产高强韧性且力学性能一致性较好的钛合金棒材，有效提高了高韧性钛合金棒材的生产效率。
【技术实现步骤摘要】
一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材及其制备方法
本专利技术属于金属材料制备
，涉及一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，本专利技术还涉及上述钛合金棒材的制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有优良的弹性模量，并且，具有与人体骨骼相近、耐腐蚀的特点，其生物与力学相容性优异，特别适于制作医学外科植入物，被广泛应用于外科矫形手术中。钛合金通常作为受力器件植入体内，如脊柱顶丝，螺钉，骨钉等，其中Ti-6Al-4V钛合金由于具有高强度、高韧性等优异的机械性能，是一种理想的外科植入物材料。由于脊柱顶丝(直径范围10～10.5mm)固定系统与U型钉、矫形棒配合使用，手术时需要拧入U型槽内，操作过程中受到较大的扭转应力，必须采用具备高强(Rm≥1000MPa)、高硬(Hardness≥310HV)、高韧性(A≥15％)等力学性能的材料，从而有效保证固定后在长期的服役过程中不发生移位现象，起到有效连接和固定脊柱的作用。但目前，我国生产出的Ti-6Al-4V钛合金高强度下塑性低和硬度低，尚无法批量化的生产出具有高强韧性且力学性能一致性较好的产品。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，解决了现有Ti-6Al-4V钛合金高强度下塑性低和硬度低的问题。本专利技术的另一目的是提供该高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材的制备方法，从而制备出具有高强韧性且力学性能一致性较好的钛合金产品。本专利技术所采用的技术方案是，一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，按质量百分比由以下元素组成：Al6.0％～6.3％，V4.0％～4.3％，O0.16％～0.18％，Fe0.18％～0.25％，Ti88.97％～89.66％，以上元素的含量之和为百分之百。本专利技术所采用的另一技术方案是，上述高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：制备铸锭：将海绵钛、铝钒合金、铝豆作为原料，按照各元素含量范围：Al6.0％～6.3％，V4.0％～4.3％，O0.16％～0.18％，Fe0.18％～0.25％，Ti88.97％～89.66％进行配料计算，并分别称取上述原料后混合，然后采用油压机压制成电极块，再使用真空自耗电弧熔炼炉经三次熔炼，制得铸锭；步骤2：锻造、拔长为方坯：将经步骤1制得的铸锭采用燃气炉进行开坯锻造和拔长工序，制得方坯；步骤3：轧制为棒材：将经步骤2制得的方坯进行两火次大变形轧制，制得棒材；步骤4：热处理：将经步骤3制得的棒材进行应力退火处理，退火温度为650～750℃，退火时间为1～2h；步骤5：精加工：将经步骤4处理后的棒材先经过两辊热矫直工序处理，其中，加热温度为500～750℃，保温时间为8～10min；然后经磨削处理工序加工至尺寸公差为H9～H7，最后采用抛光机进行抛光处理，抛光至棒材表面光亮为止，制得高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材。本专利技术另一技术方案的特点还在于，步骤2的具体步骤为：采用多火次换向墩拔，加热温度为1050～1150℃，保温时间为200～240min，使铸锭直径减为200～220mm；然后进行一火次的拔长工序，加热温度1000～1050℃，终锻温度900～950℃，保温时间200min。步骤3的具体步骤为：第一火次大变形轧制为：采用电炉加热，加热温度930～950℃，保温时间80min，终轧温度为800～850℃，使方坯直径减为50mm；第二火次大变形轧制为：采用电炉加热，加热温度890～910℃，保温时间60min，终轧温度750～800℃。制得的高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，其中Al含量为6.0％～6.3％，V含量为4.0％～4.3％，O含量为0.16％～0.18％，Fe含量为0.18％～0.25％，Ti含量为88.97％～89.66％。制得的高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，抗拉强度不小于1000Mpa、延伸率不小于15％，硬度不小于310HV。本专利技术的有益效果是：一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，通过严格控制铸锭的各关键元素Al、V、Fe、O的成分范围，使制得的棒材具有高硬度、高韧性和高强度的特点，能够广泛应用于医用脊柱顶丝固定系统；一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材的制备方法：通过制备铸锭、锻造、拔长为方坯、锻造、拔长为方坯、热处理和精加工工序，能够实现批量化生产高强韧性且力学性能一致性较好的钛合金棒材，有效提高了高韧性钛合金棒材的生产效率。具体实施方式本专利技术一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材的制备方法，具体实施步骤如下：步骤1：制备铸锭：将海绵钛、铝钒合金、铝豆按作为原料，按照各元素含量范围：Al6.0％～6.3％，V4.0％～4.3％，O0.16％～0.18％，Fe0.18％～0.25％，Ti88.97％～89.66％进行配料计算，并分别称取上述原料后混合，然后采用3500t油压机压制成电极块，再使用真空自耗电弧熔炼炉经三次熔炼制备出直径为460mm铸锭，制得铸锭；步骤2：锻造、拔长为方坯：将经步骤1制得的铸锭采用燃气炉进行开坯锻造和拔长工序，采用多火次换向墩拔，加热温度为1050～1150℃，保温时间为200～240min，使铸锭直径减为200～220mm；然后进行一火次的拔长工序，加热温度1000～1050℃，终锻温度900～950℃，保温时间200min，制得直径为120mm的方坯；步骤3：轧制为棒材：将经步骤2制得的方坯进行两火次大变形轧制，第一火次大变形轧制为：采用电炉加热，加热温度930～950℃，保温时间80min，终轧温度为800～850℃，使方坯直径减为50mm；第二火次大变形轧制为：采用电炉加热，加热温度890～910℃，保温时间60min，终轧温度750～800℃，制得直径为11.5mm的棒材；步骤4：热处理：将经步骤3制得的棒材进行应力退火处理，退火温度为650～750℃，退火时间为1～2h；步骤5：精加工：将经步骤4处理后的棒材先经过两辊热矫直工序处理，其中，加热温度为500～750℃，保温时间为8～10min；然后经磨削处理工序加工至尺寸公差为H9～H7，最后采用抛光机进行抛光处理，抛光至棒材表面光亮为止，制得高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材，，其中Al含量为6.0％～6.3％，V含量为4.0％～4.3％，O含量为0.16％～0.18％，Fe含量为0.18％～0.25％，Ti含量为88.97％～89.66％，抗拉强度不小于1000Mpa、延伸率不小于15％，硬度不小于310HV。实施例1制备铸锭：制备铸锭：将海绵钛、铝钒合金、铝豆按作为原料，按照各元素含量范围：Al6.0％，V4.0％，O0.16％，Fe0.18％，Ti88.97％进行配料计算，并分别称取上述原料后混合，然后采用3500t油压机压制成电极块，再使用真空自耗电弧熔炼炉经三次熔炼制备出直径为460mm铸锭，制得铸锭；将制得的铸锭采用燃气炉进行开坯锻造和拔长工序，采用多火次换向墩拔，加热温度为1050℃，保温时间为200min，使铸锭直径减为200mm；然后进行一火次的拔长工序，加热温度1000℃，终锻温度900℃，保温时间200min，制得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生物医用高强韧性Ti‑6Al‑4V钛合金棒材，其特征在于，按质量百分比由以下元素组成：Al 6.0％～6.3％，V 4.0％～4.3％，O 0.16％～0.18％，Fe 0.18％～0.25％，Ti 88.97％～89.66％，以上元素的含量之和为百分之百。
【技术特征摘要】
1.一种生物医用高强韧性Ti-6Al-4V钛合金棒材的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：制备铸锭：将海绵钛、铝钒合金、铝豆作为原料，按照各元素含量范围：Al6.0％～6.3％，V4.0％～4.3％，O0.16％～0.18％，Fe0.18％～0.25％，Ti88.97％～89.66％进行配料计算，并分别称取上述原料后混合，然后采用油压机压制成电极块，再使用真空自耗电弧熔炼炉经三次熔炼，制得铸锭；步骤2：锻造、拔长为方坯：将经步骤1制得的铸锭采用燃气炉进行开坯锻造和拔长工序，制得方坯，具体为：采用多火次换向墩拔，加热温度为1050～1150℃，保温时间为200～240min，使铸锭直径减为200～220mm；然后进行一火次的拔长工序，加热温度1000～1050℃，终锻温度900～950℃，保温时间200min；步骤3：轧制为棒材：将经步骤2制得的方坯进行两火次大变形轧制，制得棒材；步骤4：热处理：将经步骤3制得的棒材进行应力退火处理，退火温度为650～750℃，退火时间为1～2h；步骤5：精加工：将经步骤4处理后的棒材先经过两辊热矫直工序处理，其中，加热温度为500～750℃，保温时间为8～10m...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏芬绒，樊亚军，王海，崔文俊，刘煦，陈志宏，朱峰，
申请(专利权)人：西安赛特思迈钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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