一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法技术

一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法，包括：将组成Zr-Nb系合金的合金元素按照预设比例进行真空或惰性气体保护熔炼，得到Zr-Nb系合金铸锭；将所述Zr-Nb系合金铸锭加热并保温后，进行锻造；将锻造后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行淬火；将淬火后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行轧制或精锻，轧制或精锻变形量≥75％；将轧制或精锻后的Zr-Nb系合金进行退火处理；将退火后的Zr-Nb系合金棒坯进行机械加工得到Zr-Nb系合金棒材。通过对上述方法能够得到抗点蚀性能良好、力学性能优良、第二相细小、均匀、弥散分布，且宏观组织细小均匀的Zr-Nb系合金棒材。Nb系合金棒材。Nb系合金棒材。

【技术实现步骤摘要】
一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法


[0001]本专利技术属于锆合金加工
，具体涉及一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法。

技术介绍

[0002]锆(Zr)与钛(Ti)性质相识，具有良好的耐腐蚀性能和生物相容性。锆的磁性比钛低。锆及锆合金化学性能稳定，力学性能良好，尤其是其具有很低的杨氏弹性模量(92GPa)，对减小植入材料和人骨之间应力屏蔽有很大贡献，因此越来越受到生物医用材料研究者的重视。Zr-Nb系合金(如Zr-2.5Nb合金)已在骨科修复中应用。锆及锆合金在含有氯离子的体液中易发生局部点腐蚀(点蚀)，其点蚀电位较低。基于上述锆及锆合金特点，医用植入用Zr-2.5Nb合金对耐腐蚀性、力学性能要求较高，而锆合金的耐腐蚀性能与基体组织结构、第二相相关。
[0003]目前，在锆及锆合金加工领域，主要生产工艺为管材挤压、板材轧制制备，而对于优良耐腐蚀性能、优良力学性能、第二相细小、均匀、弥散要求的Zr-2.5Nb合金棒材，尚无成熟的加工方法。目前Zr-2.5Nb合金棒材常采用自由锻、挤压、或两者结合的加工方式生产，可以得到晶粒度10级、组织均匀的棒材，但难以满足高端医用Zr-2.5Nb合金力学性能、耐腐蚀性能、第二相微观结构等性能的要求，因此如何合理设计Zr-2.5Nb合金棒材加工工艺，获得满足高端医用良好抗点蚀、优良力学性能、第二相细小、均匀分布要求的棒材，是Zr-2.5Nb合金棒材制备的核心。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术的目的是提供一种能够抗点蚀、力学性能优良、第二相细小、均匀、弥散分布，且宏观组织细小均匀的Zr-Nb系合金棒材制备方法。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述问题，本专利技术的提供了一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法，包括：将组成Zr-Nb系合金的合金元素按照预设比例进行真空或惰性气体保护熔炼，得到Zr-Nb系合金铸锭；将所述Zr-Nb系合金铸锭加热并保温后，进行锻造；将锻造后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行淬火；将淬火后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行轧制或精锻，轧制或精锻变形量≥75％；将轧制或精锻后的Zr-Nb系合金进行退火处理；将退火后的Zr-Nb系合金棒坯进行机械加工得到Zr-Nb系合金棒材。
[0008]进一步地，所述淬火方式为水淬。
[0009]进一步地，所述淬火前的加热温度为900℃～1100℃，保温时间为5min～2h；优选的，加热温度为900℃～1000℃。
[0010]进一步地，所述用于淬火的冷却水的体积与Zr-Nb系合金坯料的体积比例应大于20:1。
[0011]进一步地，所述轧制或所述精锻前的加热温度为500℃～800℃，保温时间为30～
120min。
[0012]进一步地，所述轧制或精锻前的加热温度为550～650℃。
[0013]进一步地，所述退火处理的方式为大气退火。
[0014]进一步地，所述退火处理的温度为400～650℃，保温时间为1～3h；优选地，所述退火处理的温度为400～550℃。
[0015]进一步地，所述锻造前的加热温度为900℃～1100℃，保温时间为1～5h，锻造变形量≥70％；优选的，所述锻造变形量≥80％。
[0016]进一步地，所述锻造前使用电阻炉炉温加热。
[0017](三)有益效果
[0018]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0019]本专利技术依次通过真空熔炼、锻造、淬火、轧制或精锻、退火和机械加工的工艺过程制备Zr-Nb系合金棒材。通过淬火提高Zr-Nb系合金棒材耐腐蚀性能，通过低温加热、轧制或精锻控制Zr-Nb系棒材组织与性能，所选工艺生产成本低，最终能够得到抗点蚀、力学性能优良、兼顾强度和塑、韧性、第二相细小、均匀、弥散分布，且宏观组织细小均匀的Zr-Nb系合金棒材。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的Zr-Nb系合金棒材的制备方法的流程图；
[0021]图2为实施例1所制备的Zr-2.5Nb合金棒材宏观金相组织；
[0022]图3为实施例1所制备的Zr-2.5Nb合金棒材第二相粒子结构图；
[0023]图4为实施例2所制备的Zr-2.5Nb合金棒材宏观金相组织；
[0024]图5为实施例2所制备的Zr-2.5Nb合金棒材第二相粒子结构图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0026]显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0028]图1是本专利技术的Zr-Nb系合金棒材的制备方法的流程图；
[0029]如图1所示，本专利技术的Zr-Nb系合金棒材的制备方法包括：将组成Zr-Nb系合金的合金元素按照预设比例进行真空或惰性气体保护熔炼，得到Zr-Nb系合金铸锭；将所述Zr-Nb系合金铸锭加热并保温后，进行锻造；将锻造后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行淬火；将淬火后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行轧制或精锻，轧制或精锻变形量≥75％；将轧制或精锻后的Zr-Nb系合金进行退火处理；将退火后的Zr-Nb系合金棒坯进行机
械加工得到Zr-Nb系合金棒材。
[0030]通过上述方法制得的Zr-Nb系合金棒材可抗点蚀、力学性能优良、第二相细小、均匀、弥散分布、宏观组织细小均匀、晶粒度在10级及以上水平，且按照ASTM G2/G2M腐蚀方法检验，其腐蚀增重<20mg/dm2。
[0031]可选地，熔炼方式为在真空自耗电弧炉中进行熔炼。
[0032]可选地，熔炼的次数为2～5次。以使得到的铸锭成分更均匀。
[0033]具体地，Zr-Nb系合金为Zr-1Nb或Zr-2.5Nb，其中Zr-1Nb合金由0.9Wt％～1.1Wt％Nb、余量为Zr以及不可避免的杂质组成。Zr-2.5Nb合金由2.4Wt％～2.8Wt％Nb、0.09Wt％～0.13Wt％O，余量为Zr以及不可避免的杂质组成。
[0034]优选地，锻造变形量≥80％，在此范围内更利于原始铸锭铸态粗大晶粒充分破碎，以使得到的棒材的力学性能更好。
[0035]优选地，淬火前的加热温度为900℃～1000℃，保温时间为5min～2h。
[0036]进一步优选地，若采用电阻加热炉加热淬火，保温时间为0.5h～2h。若采用感应加热炉加热淬火，保温时间5min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Zr-Nb系合金棒材的制备方法，其特征在于，包括：将组成Zr-Nb系合金的合金元素按照预设比例进行真空或惰性气体保护熔炼，得到Zr-Nb系合金铸锭；将所述Zr-Nb系合金铸锭加热并保温后，进行锻造；将锻造后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行淬火；将淬火后的Zr-Nb系合金坯料加热并保温后，进行轧制或精锻，轧制或精锻变形量≥75％；将轧制或精锻后的Zr-Nb系合金进行退火处理；将退火后的Zr-Nb系合金棒坯进行机械加工得到Zr-Nb系合金棒材。2.根据权利要求1所述的Zr-Nb系合金棒材的制备方法，其特征在于，所述淬火方式为水淬。3.根据权利要求2所述的Zr-Nb系合金棒材的制备方法，其特征在于，所述淬火前的加热温度为900℃～1100℃，保温时间为5min～2h；优选的，加热温度为900℃～1000℃。4.根据权利要求3所述的Zr-Nb系合金棒材的制备方法，其特征在于，所述用于淬火的冷却水的体积与Zr-Nb系合金坯料的体积比...

【专利技术属性】
技术研发人员：段俊婷，孙国成，赵林科，尹建明，重龙刚，岳强，王明艳，张鹏飞，高博，
申请(专利权)人：西北锆管有限责任公司，
类型：发明
国别省市：