一种大规格细晶纯钛棒材的加工方法技术

本发明专利技术提供一种纯钛大规格细晶棒材的生产方法，包括以下步骤：将纯钛铸锭在锻压机上进行2～3火次开坯锻造，得到初级锻坯；将初级锻坯进行2～3火次的中间锻造，得到半成品锻坯；将半成品锻坯进行2～4火次成形锻造，退火、扒皮处理后，得到直径为Ф150～Ф280mm，长度为2500～5000mm的纯钛大规格棒材。本发明专利技术通过对锻造比和锻造温度等工艺参数的控制和优化，生产出的纯钛大规格棒材显微组织均匀细小，可达到GB/T6394中的5级以上。棒材机械性能优良，批次稳定性好。所生产的大规格棒材的组织及性能可满足GB/T13810标准中对Ф90mm棒材的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属金属材料加工
，具体涉及一种大规格细晶纯钛棒材的加工工艺。
技术介绍
纯钛作为制作医用植入物膝关节、骻关节和骻臼的重要医用植入材料，其应用范围已经日益广泛，用量也随之增加。目前所生产的常见规格为直径小于Ф100mm的棒材。国内标准要求其退火态横向显微组织平均晶粒度不粗于GB/T6394中的5级(对应ASTME112中的5级)。即其平均晶粒尺寸应不大于63.5μm。现有技术一般采用大规格坯料直接拔长，或者小规格坯料下料后进行反复镦拔变形进行生产。随着钛材在医用领域的逐步扩展，用户对棒材规格的需求逐步增大，对棒材晶粒度的要求越来越严格。对于直径大于100mm的纯钛棒材，由于截面尺寸较大，传统的锻造方式由于相对变形量不足，不能有效破碎晶粒，所生产的棒材晶粒尺寸粗大，且横截面上不同位置晶粒尺寸差异大，产品性能指标不稳定，不能满足用户要求。特别是传统的棒材成品锻造时的加热温度在820-850℃以上，远远高于纯钛的再结晶温度，仅仅通过增加变形量，并不能明显减小晶粒尺寸。已经不适用于大规格细晶纯钛棒材(直径Ф≥150mm～280mm，晶粒度不粗于GB/T6394中的5级)的制备。开坯及后续锻造的变形方式、变形程度及变形温度是成功制备大规格细晶纯钛棒材的关键。
技术实现思路
针对现有加工方法所存在的技术问题，本专利技术提供一种大规格细晶纯钛棒材的制备方法。本专利技术所使用的方法加工流程简单，制备过程开裂少，适用性强，可生产不同规格的纯钛棒材。采用该方法制备的大规格纯钛棒材，直径Ф≥150mm～280mm的范围，棒材组织均匀细小，晶粒度不粗于GB/T6394中的5级。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案包括以下步骤：步骤一、采用直径为Ф600mm～Ф1000mm的纯钛铸锭，切除铸锭冒口，去除铸锭表面缺陷，并在铸锭表面涂抹防氧化涂层；步骤二：将纯钛铸锭在天然气炉中加热至950℃～1050℃，在锻压机上进行开坯锻造，得到初级锻坯；所述开坯锻造采用轴向拔长或轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共进行2～3火次，每火次开坯锻造的锻造比为2.2～6.0，且终锻温度不低于700℃，冷却方式为空冷；步骤三、在锻压机上将步骤二所述的初级锻坯进行2～3火次的中间锻造，得到直径为Ф450mm～Ф800mm的半成品锻坯；所述中间锻造采用轴向反复镦粗和拔长的变形方式，每火次开坯锻造的锻造比均为2.5～6.0，且始锻温度为800～850℃，终锻温度不低于650℃，冷却方式为空冷；步骤四、将步骤三中所述半成品锻坯在锻压机上进行2～4火次的成型锻造，得到截面直径为Ф165～Ф295mm的纯钛大规格棒坯；所述成形锻造总锻比为4～8，每火次锻比大于2，采用轴向拔长的锻造方法进行生产；且始锻温度为750～800℃，终锻温度不低于650℃，冷却方式为空冷；步骤五、将步骤四种所述棒坯在电阻炉内进行退火处理，退火制度为600～700℃，保温1～2小时，出炉后在锻压机上进行矫平处理，然后空冷至室温，得到半成品棒材，且棒材退火态横向显微组织平均晶粒度不粗于GB/T6394中的5级；步骤六：将步骤五所述的半成品棒材表面进行扒皮处理，得到Ф150～Ф280，长度为2500mm～5000mm，表面光洁度不大于3.2μm的成品大规格纯钛棒材。步骤一中所述防氧化涂层为TB-1013电子硅胶，并加入5～15％的粘结剂NJ-1，用水调稀后均匀涂抹在铸锭表面，涂层厚度控制在0.2～0.5mm；涂层在加热前24小时进行涂抹，保证加热前涂层自然干透。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术工艺简单，不需要特殊设备，加工成本低，制备过程中坯料开裂少，易实现工业化生产。2.采用本专利技术方法生产的纯钛大规格棒材显微组织均匀性好，产品质量稳定，生产的棒材可用作医疗用纯钛棒材的优质原材料。3.采用本专利技术方法可将有晶粒度要求的纯钛棒材的生产规格扩大至Ф150～Ф280mm，生产的纯钛大规格棒材，其显微组织晶粒度不粗于GB/T6394中的5级(对应ASTME112中的5级)。即其平均晶粒尺寸应不大于63.5μm。附图说明图1为实施例1制备的Ф200mmTA2棒材显微组织照片；图2为实施例2制备的Ф280mmTA2棒材显微组织照片。具体实施方式实施例1：步骤一、采用直径为Ф820mm的TA2纯钛铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除铸锭表面缺陷，扒皮后的铸锭直径为Ф796mm；在铸锭表面涂抹TB-1013防氧化涂层，均匀涂抹两遍，并静置24h；步骤二：将步骤一中的TA2纯钛铸锭在天然气炉中加热后，在3150t水压机上进行2火次的开坯锻造得到初级锻坯；第一火次的始锻温度为1000℃，终锻温度为815℃，第二火次始锻温度为950℃，终锻温度为774℃；两次锻造均采用轴向镦粗和拔长的锻造方式，每火次锻造比均为4.6，每火次锻后空冷至室温；步骤三、将步骤二所述的初级锻坯在3150t水压机上进行2火次的中间锻造得到Ф680mm半成品锻坯；2火次中间锻造始锻温度均为820℃，终锻温度分别为713℃和705℃；中间锻造采用轴向镦粗和拔长的变形方式，每火次锻造比均为4.2，每火次锻后空冷至室温；步骤四、将步骤三中所述半成品锻坯在2500t快锻机上进行3火次的成型锻造，得到截面直径为Ф215mm的大规格棒坯；3火次成型锻造的始锻温度均为780℃，终锻温度分别为688℃、676℃和674℃；成型锻造采用轴向拔长的锻造方法进行生产，总锻比为6.4，每火次锻比大于2，锻后空冷至室温；步骤五、将步骤四种所述棒坯在台车式电阻炉内进行退火处理，退火制度为650℃，保温1.5小时，出炉后在3150t水压机上进行矫平处理，然后空冷至室温，得到半成品棒材，且棒材退火态横向显微组织平均晶粒度不粗于GB/T6394中的5级；步骤六：将步骤五所述的半成品棒材表面进行扒皮处理，得到直径为Ф200mm，长度为3250mm，表面光洁度不大于3.2μm的成品大规格纯钛棒材。采用本实施例制备的Ф200mmTA2大规格棒材在室温(20℃)条件下的拉伸强度为488～512MPa，屈服强度为385～402MPa，延伸率≥26％，断面收缩率≥45％；横向显微组织平均晶粒度符合GB/T6394中的6.0级；满足GB/T13810标准中对直径不大于90mm棒材的要求。由此说明采用本实施例制备的TA2大规格棒材显微组织均匀，力学性能优良。实施例2：步骤一、采用直径为Ф1000mm的TA2纯钛铸锭，切除铸锭冒口，采用机加的方式去除铸锭表面缺陷，扒皮后的铸锭直径为Ф978mm；在铸锭表面涂抹TB-1013防氧化涂层，均匀涂抹两遍，并静置24h；步骤二：将步骤一中的TA2纯钛铸锭在天然气炉中加热后，在3150t水压机上进行3火次的开坯锻造得到初级锻坯；第一火次的始锻温度为1000℃，终锻温度为863℃，采用轴向拔长的方式进行锻造，锻后均分为3节；第二火次和第三火次始锻温度均为950℃，终锻温度分别为799℃和781℃，采用轴向镦粗和拔长的锻造方式，第一火次锻造比为2.6，第二火次和第三火次锻造比均为4.6，每火次锻后空冷至室温；步骤三、将步骤二所述的初级锻坯在3150t水压机上进行3火次的中间锻造得到Ф720mm半成品锻坯；3火次中间锻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大规格纯钛细晶棒材的加工方法，其特征在于该方法包括以下步骤:步骤一、采用直径为Ф600mm～Ф1000mm的纯钛铸锭，切除铸锭冒口，去除铸锭表面缺陷，并在铸锭表面涂抹防氧化涂层；步骤二：将纯钛铸锭在天然气炉中加热至950℃～1050℃，在锻压机上进行开坯锻造，得到初级锻坯；所述开坯锻造采用轴向拔长或轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共进行2～3火次，每火次开坯锻造的锻造比为2.2～6.0，且终锻温度不低于700℃，冷却方式为空冷；步骤三、在锻压机上将步骤二所述的初级锻坯进行2～3火次的中间锻造，得到直径为Ф450mm～Ф800mm的半成品锻坯；所述中间锻造采用轴向反复镦粗和拔长的变形方式，每火次开坯锻造的锻造比均为2.5～6.0，且始锻温度为800～850℃，终锻温度不低于650℃，冷却方式为空冷；步骤四、将步骤三中所述半成品锻坯在锻压机上进行2～4火次的成型锻造，得到截面直径为Ф165～Ф295mm的纯钛大规格棒坯；所述成形锻造总锻比为4～8，每火次锻比大于2，采用轴向拔长的锻造方法进行生产；且始锻温度为750～800℃，终锻温度不低于650℃，冷却方式为空冷；步骤五、将步骤四种所述棒坯在电阻炉内进行退火处理，退火制度为600～700℃，保温1～2小时，出炉后在锻压机上进行矫平处理，然后空冷至室温，得到半成品棒材，且棒材退火态横向显微组织平均晶粒度不粗于GB/T6394中的5级；步骤六：将步骤五所述的半成品棒材表面进行扒皮处理，得到Ф150～Ф280，长度为2500mm～5000mm，表面光洁度不大于3.2μm的成品大规格纯钛棒材。...

【技术特征摘要】
1.一种大规格纯钛细晶棒材的加工方法，其特征在于该方法包括以下步骤:步骤一、采用直径为Ф600mm～Ф1000mm的纯钛铸锭，切除铸锭冒口，去除铸锭表面缺陷，并在铸锭表面涂抹防氧化涂层；步骤二：将纯钛铸锭在天然气炉中加热至950℃～1050℃，在锻压机上进行开坯锻造，得到初级锻坯；所述开坯锻造采用轴向拔长或轴向反复镦粗和拔长的锻造方式，共进行2～3火次，每火次开坯锻造的锻造比为2.2～6.0，且终锻温度不低于700℃，冷却方式为空冷；步骤三、在锻压机上将步骤二所述的初级锻坯进行2～3火次的中间锻造，得到直径为Ф450mm～Ф800mm的半成品锻坯；所述中间锻造采用轴向反复镦粗和拔长的变形方式，每火次开坯锻造的锻造比均为2.5～6.0，且始锻温度为800～850℃，终锻温度不低于650℃，冷却方式为空冷；步骤四、将步骤三中所述半成品锻坯在锻压机上进行2～4火次的成型锻造，得到截面直径为Ф165～Ф295mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳旭，李渭清，冯永琦，何书林，张伟，马宏刚，李巍，李瑞，
申请(专利权)人：宝鸡钛业股份有限公司，宝钛集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61