一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法技术

一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，通过以下步骤完成：坯料准备，下料，开坯锻造，拉拔，热处理，矫直，磨光，抛光，清洗，检验，包装。本发明专利技术大幅提高了医用钛合金TC4棒材的机械性能，本发明专利技术加工出的钛合金TC4棒材抗拉强度度能达到1200MPa，远高于国家GB/T13810‑2007标准。观察其金相组织没有任何微孔裂痕。对于钛合金在医疗领域的更广泛应用有着深远意义。

【技术实现步骤摘要】
一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法
本专利技术属于金属材料加工领域，具体涉及一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法。
技术介绍
由于钛及钛合金自身的特点：轻质，弹性模量低，无磁性，无毒性，抗腐蚀性。钛合金材料已经成为世界各种医疗器械产品生产所需的主要原材料。临床骨科中的内固定、人造骨与关节的材料，必须选择抗拉强度，屈服强度以及疲劳强度高，韧性和延伸性好，对人体无毒，生物稳定性好，且耐腐蚀的材料。钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。医用高强度钛合金TC4棒材的制备对于临床骨科尤为重要。钛合金棒材加工中普遍会产生微孔，微孔会降低钛合金的力学性能，给钛合金用于医疗造成很大影响。现有的钛合金医用棒材的制备方法得到的钛合金TC4抗拉强度在1000MPa左右，性能一般达不到出口的标准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种医用高强度钛合金TC4棒材制备方法，解决了现有的钛合金TC4棒材容易产生微孔和机械性能不够高的现状。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案具体如下：一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，包括：以钛合金TC4锭作为坯料，将钛合金TC4锭加热到930-1050℃，保温3-4小时，然后精锻得钛合金TC4棒材；再将钛合金TC4棒材放入电阻炉中加热到910℃，保温3小时，之后进行轧制，轧到直径10毫米，保证终轧温度680-700℃以上，得钛合金TC4丝材；之后进行修磨和多次变径拉拔再进行时效热处理和矫直处理。作为优选的技术方案，所述变径拉拔具体包括：将钛合金TC4丝材通过拉丝炉，拉丝炉温度为700-750℃，进行多次变径拉拔后退火得直径1.0-5.0毫米的钛合金TC4丝材。作为优选的技术方案，所述时效热处理具体包括：将直径1.0-5.0毫米的钛合金TC4丝材加热到500℃保温4小时。作为优选的技术方案，所述矫直处理具体包括：将直径米钛合金TC4丝材在滑块调直机上进行调直，送丝速度每分钟1-4米，调直频率28.50。作为优选的技术方案，所述矫直处理之后还包括：将矫直处理后的钛合金TC4丝材切成3米一根，再用无心磨床磨光表面，之后进行清洗和检测。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：本专利技术的方法可大幅提高医用钛合金TC4棒材的机械性能，本专利技术加工出的钛合金TC4棒材抗拉强度度能达到1200MPa远高于国家GB/T13810-2007标准。观察其金相组织没有任何微孔和裂痕。对于钛合金在医疗领域的更广泛应用有着深远意义。附图说明图1本专利技术实施例2制备的钛合金TC4棒材500倍金相图。图2本专利技术实施例3制备的钛合金TC4棒材500倍金相图。具体实施方式一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，包括：步骤1：坯料准备：选择符合GB/T13810-2007标准的钛合金TC4锭作为坯料。步骤2：开坯锻造：将钛合金TC4铸锭采用燃气炉进行开坯锻造,加热温度为1050℃，保温3小时，制得直径110毫米方坯，终锻温度930℃。步骤3：轧制：将制得钛合金TC4钛合金方坯进行轧制，放入电阻炉中加热，保温3小时，轧制到直径55毫米棒材，保证终扎温度750℃以上。再将直径55毫米棒材放入电阻炉中加热，保温3小时，轧制到直径10毫米棒材，保证终扎温度700℃以上。步骤4：拉拔：将钛合金TC4丝材通过拉丝炉，拉丝炉温度为740℃，速度每分钟1米进行拉拔，直径10-9.5-9.0-8.5-8-7.5–7毫米。热处理：经过6次变径拉拔然后退火，将丝材加热到750℃保温1小时。然后再进行拉拔，将钛合金TC4丝材通过拉丝炉拉丝炉温度为740℃，速度每分钟1.2米进行拉拔，直径7–6.6–6.2–5.8-5.5-5.2–5.0毫米。经过6次变径拉拔然后退火，将丝材加热到700℃保温1小时。然后再进行冷拉拔，直径5.0-1.0毫米。 钛合金TC4坯料拉拔前经过表面预处理过程，成功制得了磷酸盐润滑涂层及草酸盐润滑涂层，其厚度分别达2μm和20μm，各涂层与钛合金TC4结合致密，为润滑剂的附着提供了良好的载体，同时可以起到隔离坯料和模具直接接触的作用。通过对钛合金TC4冷拉拔加工的数值分析，确定了一定尺寸范围内棒线材冷拉拔模具的形状参数，当工作锥角为10～12°时，变形力处在一个较低的范围内。 通过钛合金TC4冷拉拔加工实验，发现草酸盐润滑涂层的效果更好，获得的拉拔坯料表面质量更高，连续拉拔四个道次后坯料总变形量达到45%，达到批量生产要求。钛合金TC4钛合金冷拉拔后，强度上升、延伸率下降，发生了明显的加工硬化效应,退火处理后坯料的塑性恢复，不影响下一道次的冷拉拔加工。钛合金TC4钛合金冷拉拔退火后晶粒组织呈等轴态，随变形量的增大，等轴化程度升高。步骤5：修磨扒皮：通过多次对钛合金丝材进行扒皮修磨，可去除钛合金丝材表面缺陷和裂痕。要求表面不得有加工缺陷，扒皮尺寸（毫米）：φ9.7-φ9.2±0.05，φ6.5-φ6.1±0.05步骤6：热处理：由于加工高强度钛合金医用棒材对于钛合金丝材的热处理温度有着严格要求，对于不同直径的产品，采取相应的退火直径，改进热处理工艺对加工高强度钛合金医用棒材尤为重要。常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和（α+β）合金退火温度选在（α+β）─→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相，然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α+β)─→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。总结，钛合金丝材的热处理工艺可以归纳为：（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。高强度医用钛合金TC4丝材加工结合了这3种退火方式，在去应力退火和时效巧妙运用，从而提高钛合金棒材的力学性能。步骤7：矫直：通过全自动调直切断一体机，对钛合金TC4丝材进行调直。将钛合金TC4丝材放在放线架上，将丝材穿过调直块之前做好润滑工作，采用高温润滑油进行丝材表面润滑以免丝材表面产生伤痕。要特别注意钛合金TC4丝材的润滑油的使用，在产品直线度达标的前提下尽量降低滑块调直的调直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，其特征在于，包括：以钛合金TC4锭作为坯料，将钛合金TC4锭加热到930-1050℃，保温3-4小时，然后精锻得钛合金TC4棒材；再将钛合金TC4棒材放入电阻炉中加热到910℃，保温3小时，之后进行轧制，轧到直径10毫米，保证终轧温度680-700℃以上，得钛合金TC4丝材；之后进行修磨和多次变径拉拔再进行时效热处理和矫直处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，其特征在于，包括：以钛合金TC4锭作为坯料，将钛合金TC4锭加热到930-1050℃，保温3-4小时，然后精锻得钛合金TC4棒材；再将钛合金TC4棒材放入电阻炉中加热到910℃，保温3小时，之后进行轧制，轧到直径10毫米，保证终轧温度680-700℃以上，得钛合金TC4丝材；之后进行修磨和多次变径拉拔再进行时效热处理和矫直处理。


2.根据权利要求1所述的一种医用高强度钛合金TC4棒材的制备方法，其特征在于，所述变径拉拔具体包括：将钛合金TC4丝材通过拉丝炉拉丝炉温度为700-750℃，进行多次变径拉拔后退火得直径1.0-5.0毫米的钛合金TC4丝材。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴鹏，
申请(专利权)人：徐州耀伦新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32