一种医用Ti-6Al-4VELI合金棒材的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种医用Ti

【技术实现步骤摘要】
一种医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的生产方法


[0001]本专利技术涉及化学冶金改变有色金属物理结构的工艺方法
，特别涉及一种医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的生产方法。

技术介绍

[0002]钛合金制作的人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件已获得广泛的临床应用。人工关节、脊柱矫形棒、紧固螺钉长期植入物用医用棒材除对材料的生物相容性、拉伸强度有较高的要求外，对材料的的断裂韧性、疲劳性能、塑性、耐蚀性、冷加工性和可焊性等机械性能和工艺性能要求更高。
[0003]目前，多种钛合金材料牌号成分中，间隙元素C、N、O的含量越高，虽然对提高合金强度具有一定优势，但是却不可避免地导致合金塑性变差，同时使合金的断裂韧性、疲劳性、耐蚀性、冷加工性和可焊接性变差。因此实际上，间隙元素含量低的Ti
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6Al
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4V ELI合金更适合作为医用人工关节、脊柱矫形棒、紧固螺钉的材料使用。
[0004]但是，Ti
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6Al
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4V ELI合金由于间隙元素含量低，因此，对合金中α相的固溶强化作用减弱，导致Ti
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6Al
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4V ELI合金(TC4ELI合金)的强度始终低于主成分一致的Ti
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6Al
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4V合金(TC4合金)。以GB/T13810
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2017标准为例：标准中规定TC4ELI合金的室温拉伸性能为σ
b
＝860(MPa)，σ
0.2
＝795(MPa)，δ＝10％，而TC4合金的室温拉伸性能却能达到σ
b
＝930(MPa)，σ
0.2
＝860(MPa)，δ＝10％，可见，现有技术工艺下，TC4ELI合金虽然较TC4合金更适合用于医用植入件，但是由于TC4ELI合金的抗拉强度比TC4合金低70MPa，屈服强度比TC4合金低65MPa，因此制约了TC4ELI合金作为更合适的医用材料在需要高强材料的人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件的上的应用，导致了国产TC4ELI合金的市场占有率目前还远不如TC4合金的市场占有率。
[0005]然而，临床上进口的美国Φ6
㎜
～30mm医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材，由于其先进的生产工艺，其实测抗拉强度指标已经远超我国GB/T13810
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2017国标标准。目前，我国的Ti
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4V ELI合金棒材的生产工艺，采用了于TC4合金相同的棒材的生产工艺，该生产工艺可使生产的医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材满足GB/T13810
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2017标准的力学强度指标，但无法稳定的达到GB/T13810
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2017国标中TC4合金棒材的强度和超过TC4ELI合金棒材的强度指标，因此国产医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的抗拉强度性能指标达不到国外进口的同类产品指标，更不能超越国标中TC4合金(GB/T13810
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2017)的强度指标。主要原因在于：TC4(TC4ELI)和的力学性能高度依赖于合金的成分和显微组织，两种合金的主成分一致，棒材生产工艺相同，两种合金棒材加工过程及热处理后的产生的显微组织也相同，因此，在两种合金在显微组织对合金强度的贡献一样的情况下，成分就起到决定性的作用，而Ti
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6Al
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4V ELI合金间隙元素含量低，固溶强化效应低，导致成品Ti
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6Al
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4V ELI合金材料强度有限，合金强度无法远超国标和达到国外同类医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的高强度。因此，如何提高国产Ti
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4V ELI合金棒材强度，进而代替进口医用TC4ELI合金高强棒材以满足我国人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件对高强TC4ELI合金棒丝材的要求是本
专利技术的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的生产方法，用以解决现有技术中Ti
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4V ELI合金材料强度有限，合金强度无法远超国标和达到国外同类医用Ti
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4V ELI合金棒材的高强度的技术问题，达到了在提高Ti
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4V ELI合金棒材强度的同时不降低棒材塑性的目的，满足人工关节、脊柱矫形棒、紧固螺钉等外科植入件对医用Ti
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4V ELI合金棒材高强度的要求，加工成本低，成品率高，产品力学性能稳定，一致性优良的技术效果。
[0007]本专利技术提供了一种医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的生产方法，包括：步骤1：获得Ti
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6Al
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4V ELI合金铸锭，并采用切取帽口，除去表皮气孔的预处理方法对所述Ti
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6Al
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4V ELI合金铸锭进行预处理之后，获得第一合格铸锭；步骤2：按照Tβ+80
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250℃一火或多火次加热后，对所述第一合格铸锭进行锻制处理并获得第一轧坯；步骤3：基于第一均质化处理条件，对所述第一轧坯进行轧制坯组织重结晶均质化处理；步骤4：对所述均质化处理后的所述第一轧坯进行淬火处理之后，经一火15
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19道次轧制并获得第一棒坯；步骤5：将所述第一棒坯进行一火多道次终轧前停留式轧制处理之后，获得第一成型棒材；步骤6：在所述第一成型棒材出轧的过程中，进行淬火热处理并获得第一半成品棒材；步骤7：将所述第一半成品棒材在650～680℃/1～1.5hr条件下进行过时效热处理并矫直，冷却后磨削抛光之后获得光棒成品。
[0008]优选的，在所述步骤2中，所述方法还包括：获得所述第一合格铸锭的直径信息；当所述第一合格铸锭的直径小于或等于620mm时，将所述第一合格铸锭加热至温度1050～1250℃后一火锻造锯切为边长120
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150mm，长800～1500mm的第一轧坯；当所述第一合格铸锭的直径大于620mm时，将所述第一合格铸锭一火加热至温度1050～1250℃后先锻制成边长小于或等于450mm的方坯，再二火加热至980～1100℃后锻制成边长为120
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150mm，长800～1500mm的第一轧坯。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用Ti
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6Al
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4V ELI合金棒材的生产方法，其特征在于，包括：步骤1：获得Ti
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6Al
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4V ELI合金铸锭，并采用切取帽口，除去表皮气孔的预处理方法对所述Ti
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6Al
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4V ELI合金铸锭进行预处理之后，获得第一合格铸锭；步骤2：按照Tβ+80
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250℃一火或多火次加热后，对所述第一合格铸锭进行锻制处理并获得第一轧坯；步骤3：基于第一均质化处理条件，对所述第一轧坯进行轧制坯组织重结晶均质化处理；步骤4：对所述均质化处理后的所述第一轧坯进行淬火处理之后，经一火15
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19道次轧制并获得第一棒坯；步骤5：将所述第一棒坯进行一火多道次终轧前停留式轧制处理之后，获得第一成型棒材；步骤6：在所述第一成型棒材出轧的过程中，进行淬火热处理并获得第一半成品棒材；步骤7：将所述第一半成品棒材在650～680℃/1～1.5hr条件下进行过时效热处理并矫直，冷却后磨削抛光之后获得光棒成品。2.如权利要求1所述的合金棒材的生产方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述方法还包括：获得所述第一合格铸锭的直径信息；当所述第一合格铸锭的直径小于或等于620mm时，将所述第一合格铸锭加热至温度1050～1250℃后一火锻造锯切为边长120
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150mm，长800～1500mm的第一轧坯；当所述第一合格铸锭的直径大于620mm时，将所述第一合格铸锭一火加热至温度1050～1250℃后先锻制成边长小于或等于450mm的方坯，再二火加热至980～1100℃后锻制成边长为120
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150mm，长800～1500mm的第一轧坯。3.如权利要求1所述的合金棒材的生产方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述第一均质化处理条件具体为：将所述第一轧坯加热至温度为1050℃，保温时间为1.5

【专利技术属性】
技术研发人员：来碑琳，王卫民，高亮，
申请(专利权)人：宝鸡钛莱康高新金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：