一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，该方法包括：一、对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；二、将TC4钛合金板坯依次进行修磨、退火和温轧，空冷后得到厚度为6mm～26mm的TC4钛合金板材；三、将TC4钛合金板材进行退火处理，空冷后得到超细晶TC4钛合金板材半成品；四、将超细晶TC4钛合金板材半成品依次进行剪切、修磨、矫平、磨光、抛光和酸洗，得到厚度为5mm～25mm的超细晶TC4钛合金板材。本发明专利技术将多向锻造工艺和温轧工艺相结合，得到医用超细晶TC4钛合金板材的晶粒尺寸为0.1μm～1μm，且表面平整，组织均匀，力学性能良好，符合GB/T13810‑2007标准的规定。

【技术实现步骤摘要】
一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法
本专利技术属于钛合金材料加工
，具体涉及一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法。
技术介绍
目前国内外医疗器械中80％以上的钛合金原材料为TC4钛合金，主要用于制作口腔牙冠、固定桥、义齿支架等齿科类、关节类和创伤类等植入器械。研究发现，金属材料的性能与其晶粒尺寸密切相关，当金属的晶粒尺寸细化到1μm以下时，可获得由均匀等轴晶组成、大角度晶界占多数的超细晶材料，超细晶材料在室温下具有高强度，高温下具有超塑性。超细晶TC4钛合金与普通的TC4钛合金相比，具有更高的强度、更好的疲劳性能以及更强耐腐蚀性能，在医用材料领域具有广阔的应用前景。强塑性变形法是国际材料学界公认的制备块体超细晶材料最有前途的方法，可将粗晶金属的晶粒细化至纳米量级，制备的超细晶材料由具有高密度的晶界和较低原子密度的晶间区组成，其晶体区域或其它特征长度的典型尺寸至少在一维方向上为亚微米(0.1μm～1μm)/纳米(＜100nm)。钛合金的强塑性变形法主要包括：等通道角挤压法(ECAP)、高压扭转法(HPT)、累积叠轧法(ARB)和多向锻造法(MF)。等通道角法和高压扭转法可用来制备三维尺寸较小的超细晶棒材，是工业化生产超细晶钛材的主要方法，但产量较低，且对钛合金材料的塑性、设备和模具要求极高；累积叠轧法能够生产较薄尺寸的薄板和箔带材，且累积叠轧法的工序复杂，容易产生包套废料；多向锻造法通过从不同方向对钛合金实施变形以达到细化晶粒、改善材料性能的目的，大多采用较小尺寸(厚度小于90mm)的钛合金板材进行试验探索，且使用的设备及工装模具较为昂贵和特殊，通过多向锻造法制备的超细晶板材厚度为2mm，长宽为300mm×200mm，不易进行加工，且表面粗糙，平整度较差，力学性能不佳，难以满足医学要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法。该方法以直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭为原料，将多向锻造工艺和温轧工艺相结合，制备的医用超细晶TC4钛合金板材的晶粒尺寸为0.1μm～1μm，厚度为5mm～25mm，抗拉强度为1050MPa～1300MPa，规定非比例延伸强度为1000MPa～1080MPa，断后伸长率为14％～17％；该方法工艺简单，易于实现，对设备的要求低，可满足超细晶TC4钛合金的工业化生产需求。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用快锻机对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；所述多向锻造中沿TC4钛合金圆锭的三维方向依次进行的三次单向锻造为一次循环，每次所述单向锻造的变形量为40％～60％；所述多向锻造包括2～4次循环；第1次所述循环的始锻温度为1050℃～1150℃，终锻温度不低于700℃，第2次～第4次所述循环的始锻温度均为700℃～1000℃，终锻温度均不低于600℃；步骤二、将步骤一中得到的TC4钛合金板坯先进行修磨，再进行退火处理，然后在550℃～700℃的条件下进行多道次温轧，空冷后得到厚度为6mm～26mm的TC4钛合金板材；所述温轧的道次变形量为10％～20％，所述温轧的总变形量不小于50％；步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金板材进行退火处理，空冷后得到超细晶TC4钛合金板材半成品；步骤四、将步骤三中得到的超细晶TC4钛合金板材半成品依次进行剪切、修磨、矫平、磨光、抛光和酸洗，得到厚度为5mm～25mm的医用超细晶TC4钛合金板材。上述的一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述快锻机为模锻锤或油压机。上述的一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述退火处理的温度为550℃～700℃，时间为60min～80min。上述的一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述退火处理的温度为500℃～650℃，时间为30min～60min。上述的一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述矫平的温度为400℃～500℃。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术中采用多向锻造工艺和温轧工艺相结合，首先采用多向锻造法细化了TC4钛合金的晶粒尺寸并抑制织构的生长，避免了各向异性现象，降低TC4钛合金的变形温度，并提高最佳变形速率，然后通过温轧，在中温条件下改善板材平整度，同时继续施加变形使TC4钛合金的晶粒进一步细化，最终获得晶粒尺寸为0.1μm～1μm的医用超细晶TC4钛合金板材，该医用超细晶TC4钛合金板材的表面平整，组织均匀。2、本专利技术以直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭为原料，制备得到厚度为5mm～25mm的医用超细晶TC4钛合金板材，扩大了原料的尺寸范围，提高了产品的可加工性，该医用超细晶TC4钛合金板材的抗拉强度为1050MPa～1300MPa，规定非比例延伸强度为1000MPa～1080MPa，断后伸长率为14％～17％，符合GB/T13810-2007的规定，并优于现有产品。3、本专利技术的工艺简单，易于实现，对设备的要求低，在普通快锻机和轧机上即可实现医用超细晶TC4钛合金的制备，满足医用超细晶TC4钛合金的工业化生产需求。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术多向锻造工艺过程的示意图。图2是本专利技术实施例1制备的医用超细晶TC4钛合金板材的TEM图。图3是本专利技术实施例3制备的医用超细晶TC4钛合金板材的TEM图。具体实施方式图1是本专利技术多向锻造工艺过程示意图，图中实心黑色箭头方向表示单向锻造的三个方向(分别为TC4钛合金圆锭的X轴、Y轴和Z轴方向)。由图1可以看出，多向锻造的第1次循环过程中，首先沿TC4钛合金圆锭的轴线方向即Y轴方向对TC4钛合金圆锭的端面进行第一次单向锻造，然后将锻造件旋转90°沿Z轴方向进行第二次单向锻造，最后再旋转90°沿X轴方向进行第三次单向锻造，完成第1次循环；多向锻造的第2次～4次循环过程中，首先沿Y轴方向对锻造件进行第一次单向锻造，然后将锻造件旋转90°沿Z轴方向进行第二次单向锻造，最后再旋转90°沿X轴方向进行第三次单向锻造，完成单次循环，重复单次循环，完成多向锻造的第2次～4次循环。实施例1本实施例的制备方法包括以下步骤：步骤一、利用油压机对直径为410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为130mm的TC4钛合金板坯；所述多向锻造中沿TC4钛合金圆锭的三维方向依次进行的三次单向锻造为一次循环，每次所述单向锻造的变形量为60％；所述多向锻造包括4循环，第1次所述循环的始锻温度为1150℃，终锻温度为715℃，第2次所述循环的始锻温度为950℃，终锻温度602℃，第3次所述循环的始锻温度为800℃，终锻温度610℃，第4次所述循环的始锻温度为700℃，终锻温度617℃；步骤二、将步骤一中得到的TC4钛合金板坯修磨后，在700℃的条件下保温80min进行退火处理，然后在700℃的条件下进行三道次温轧，空冷后得到厚度为26mm的TC4钛合金板材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用快锻机对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；所述多向锻造中沿TC4钛合金圆锭的三维方向依次进行的三次单向锻造为一次循环，每次所述单向锻造的变形量为40％～60％；所述多向锻造包括2～4次循环；第1次所述循环的始锻温度为1050℃～1150℃，终锻温度不低于700℃，第2次～第4次所述循环的始锻温度均为700℃～1000℃，终锻温度均不低于600℃；步骤二、将步骤一中得到的TC4钛合金板坯先进行修磨，再进行退火处理，然后在550℃～700℃的条件下进行多道次温轧，空冷后得到厚度为6mm～26mm的TC4钛合金板材；所述温轧的道次变形量为10％～20％，所述温轧的总变形量不小于50％；步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金板材进行退火处理，空冷后得到超细晶TC4钛合金板材半成品；步骤四、将步骤三中得到的超细晶TC4钛合金板材半成品依次进行剪切、修磨、矫平、磨光、抛光和酸洗，得到厚度为5mm～25mm的医用超细晶TC4钛合金板材。

【技术特征摘要】
1.一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、利用快锻机对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；所述多向锻造中沿TC4钛合金圆锭的三维方向依次进行的三次单向锻造为一次循环，每次所述单向锻造的变形量为40％～60％；所述多向锻造包括2～4次循环；第1次所述循环的始锻温度为1050℃～1150℃，终锻温度不低于700℃，第2次～第4次所述循环的始锻温度均为700℃～1000℃，终锻温度均不低于600℃；步骤二、将步骤一中得到的TC4钛合金板坯先进行修磨，再进行退火处理，然后在550℃～700℃的条件下进行多道次温轧，空冷后得到厚度为6mm～26mm的TC4钛合金板材；所述温轧的道次变形量为10％～20％，所述温轧的总变形量不小于50％；步骤三、将步骤二中...

【专利技术属性】
技术研发人员：麻西群，于振涛，皇甫强，张亚峰，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61