等轴超细晶TC4ELI材料的制备方法以及等轴超细晶TC4ELI材料技术

本发明专利技术公开了一种等轴超细晶TC4ELI材料的制备方法及其该制备方法制得的等轴超细晶TC4ELI材料。等轴超细晶TC4ELI材料的制备方法包括如下步骤：以Ti

【技术实现步骤摘要】
等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法以及等轴超细晶TC4 ELI材料


[0001]本专利技术涉及钛合金加工领域，尤其是涉及一种等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法以及该等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法制得的等轴超细晶TC4 ELI材料。

技术介绍

[0002]TC4 ELI材料(低间隙元素Ti
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4V合金)是GB/T3620.1
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2007《钛及钛合金牌号和化学成分》中收录的钛合金材料。TC4 ELI材料因为杂质含量比普通Ti
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6Al
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4V合金少而更稳定，一直是被最广泛应用的一种生物医用钛合金。TC4 ELI材料具有高强度，耐腐蚀性，无毒性，高生物相容性以及高疲劳强度。其棒材被用作制作创伤固定材料、骨关节、髓内钉等产品，其丝材被用作制作牙科种植体系统、接骨螺钉、克氏针、超声刀刀头等产品。GB/T 13810
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2017规定，TC4 ELI棒材指直径7.0mm～90.0mm之间的圆棒或者扁棒，丝材指直径在0.5mm～7.0mm之间的圆形丝。对TC4 ELI合金而言，晶粒细化是获得高强度和高疲劳强度的关键因素，通常晶粒尺寸越细，强度和疲劳性能越好。当晶粒尺寸低于1μm时，可以获得超细晶TC4 ELI材料，其力学性能可以得到显著提升，是提高TC4 ELI医疗器械耐久性和稳定性的有效方法。利用剧烈塑性变形技术，如高压扭转、等径转角挤压等技术，可以将TC4 ELI的晶粒尺寸降到1μm以下。
>[0003]目前应用于制造医疗器械的TC4 ELI棒材和丝材都不是超细晶产品，而是皆为普通粗晶产品(晶粒尺寸>1μm)。因此，用非超细晶材料制成的器械有发生断裂事故的可能性，如髓内钉断裂，接骨螺钉断裂，超声刀刀头断裂等。
[0004]业内目前利用传统热机械加工方法，制备大尺寸TC4 ELI棒材和丝材的工艺流程依次为真空熔炼
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开坯锻造
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精密锻造
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轧制
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热拉拔
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剪切，矫直和退火，得到截面直径为1mm～8mm的圆柱形TC4 ELI钛合金棒材和丝材，但这种常规方法虽能满足大规模生产要求，却不能获得超细晶结构和相应的优异性能。
[0005]目前业内常见的TC4 ELI材料，国产产品晶粒尺寸通常大于10μm，进口产品晶粒尺寸在5μm左右，其晶粒尺寸均在1μm以上，均非超细晶TC4 ELI材料。而结合剧烈塑性变形与连续挤压技术的ECAP
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Conform技术虽可以加工大尺寸超细晶TC4 ELI棒材，但在单次加工过程中累积应变小，反复挤压，最终制得的超细晶TC4 ELI材料不是等轴晶TC4 ELI材料。
[0006]也就是说，现有技术中并没有可以制备等轴超细晶TC4 ELI材料的方法。

技术实现思路

[0007]基于此，有必要提供一种可以制备等轴超细晶TC4 ELI材料的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法。
[0008]此外，还有必要提供一种上述等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法制得的等轴超细晶TC4 ELI材料。
[0009]一种等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]以直径为2mm～20mm的Ti
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4V ELI棒作为初始样品，通过大塑性变形方法将所述初始样品加工成非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材；
[0011]在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材经行热拉拔，使得所述非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材的长度拉长至2倍～20倍，得到直径为1mm～8mm的等轴超细晶TC4 ELI材料。
[0012]在一个实施例中，所述在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材经行热拉拔的操作中，所述热拉拔的拉拔速率为1m/min～10m/min。
[0013]在一个实施例中，所述在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材经行热拉拔的操作中，所述热拉拔的润滑剂为石墨乳，所述热拉拔的模具为钨钢模具。
[0014]在一个实施例中，所述Ti
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4V ELI棒还需要在1000℃～1100℃保温30min～120min，水冷到室温。
[0015]在一个实施例中，所述大塑性变形方法选自高压扭转、等径转角挤压、多向锻造和累积叠轧中的至少一种。
[0016]在一个实施例中，所述通过大塑性变形方法将所述初始样品加工成非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材的操作为：
[0017]提供等径转角挤压模具，所述等径转角挤压模具上设有转角通道，所述转角通道包括依次连接的第一直线通道和第二直线通道，所述第一直线通道的直径、所述第二直线通道的直径以及所述初始样品的直径均相同，且所述第一直线通道和所述第二直线通道的夹角为90
°
～160
°
；
[0018]将所述初始样品的一端依次通过所述第一直线通道和所述第二直线通道，直至所述初始样品的另一端自所述第二直线通道脱离，完成后将所述初始样品以所述初始样品的长度方向为转动轴转动90
°
～180
°
，接着再次将所述初始样品的一端依次通过所述第一直线通道和所述第二直线通道，直至所述初始样品的另一端自所述第二直线通道脱离，并且重复上述所述初始样品转动和依次通过所述第一直线通道和所述第二直线通道的步骤2次～6次，使得所述初始样品通过等径转角挤压的方法加工成所述非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材。
[0019]在一个实施例中，所述第一直线通道和所述第二直线通道之间的连接处为圆角，且所述圆角的半径为所述第一直线通道的直径，所述圆角的弧度为20
°
～60
°
。
[0020]在一个实施例中，所述初始样品通过等径转角挤压的方法加工成所述非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材的操作中，所述初始样品的加工速度为1mm/s～10mm/s，所述初始样品的加工温度为300℃～500℃，所述初始样品的加工润滑剂为二硫化钼。
[0021]在一个实施例中，所述第一直线通道和所述第二直线通道的夹角为120
°
。
[0022]一种等轴超细晶TC4 ELI材料，所述等轴超细晶TC4 ELI材料由上述的等轴超细晶TC4 ELI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：以直径为2mm～20mm的Ti
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6Al
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4V ELI棒作为初始样品，通过大塑性变形方法将所述初始样品加工成非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材；在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材经行热拉拔，使得所述非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材的长度拉长至2倍～20倍，得到直径为1mm～8mm的等轴超细晶TC4 ELI材料。2.根据权利要求1所述的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，所述在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材经行热拉拔的操作中，所述热拉拔的拉拔速率为1m/min～10m/min。3.根据权利要求2所述的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，所述在550℃～750℃下，对所述非等轴超细晶Ti
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4V ELI棒材经行热拉拔的操作中，所述热拉拔的润滑剂为石墨乳，所述热拉拔的模具为钨钢模具。4.根据权利要求1所述的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，所述Ti
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6Al
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4V ELI棒还需要在1000℃～1100℃保温30min～120min，水冷到室温。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，所述大塑性变形方法选自高压扭转、等径转角挤压、多向锻造和累积叠轧中的至少一种。6.根据权利要求1～4中任意一项所述的等轴超细晶TC4 ELI材料的制备方法，其特征在于，所述通过大塑性变形方法将所述初始样品加工成非等轴超细晶Ti
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6Al
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4V ELI棒材的操作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡楠，
申请(专利权)人：深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：