一种高强度高塑性医疗用GR4棒材的加工方法技术

本发明专利技术属于钛合金加工技术领域，公开了一种高强度、高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法。该方法包括坯料选取、盘卷轧制、剥皮冷拉拔、热处理以及精整等步骤。本发明专利技术通过控制盘卷轧制温度提高轧制后盘卷丝坯的微观组织以及力学性能，通过控制丝坯拉拔时的道次变形量、总变形量来控制丝材的组织及性能，通过热处理工艺来控制丝材的强度与塑性的协同性，使用本发明专利技术方法生产的GR4钛合金棒材，比常规拉拔工艺得到的GR4钛合金棒材强度更高、组织更均匀、晶粒更细小、性能更佳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛合金加工，尤其涉及一种高强度、高塑性医疗用gr4棒材的加工方法。

技术介绍

1、gr4(工业纯钛)作为一种常见的钛合金，具有一定的力学性能以及良好的物理性能，且因其具体良好的生物相容性和耐腐蚀性，可在人体内长期使用而不引起排异过敏反应，近年来常被用于医疗器械中，如人工关节、骨骼植入物以及牙科种植体等，已经历了多年的临床认证，成为临床上用于人体硬组织修复与替代的理想功能结构材料。严苛的服役条件对医疗器械用gr4棒材提出了极高的要求，除外观要求(如直线度、表面质量、尺寸公差等)较高之外，也对力学性能以及组织形貌这些直接影响产品寿命的指标做出了极高的要求。

2、对于直径≤6.0mm的棒材，其医疗市场需求量大，力学性能要求较高，但由于尺寸较小，棒材的生产工艺流程长，常规企业通常采用盘卷轧制→热拉拔→剥皮→退火→矫直→磨削→抛光的工艺路线；较小的尺寸要求导致仅能使用冷矫的方式进行矫直，该工艺会导致矫直后棒材屈服强度降低进而导致成品无法满足标准要求；另外，gr4作为单相合金，经历多道次的热拉拔以及退火工序后，其组织较为粗大，如何优化成品丝材的微观组织也是推动gr4棒材在医疗产品中的应用的重点之一。

技术实现思路

1、为解决目前国内gr4丝材性能较低、组织粗大的问题，本专利技术的目的在于提供一种医疗用gr4棒材的全流程加工工艺，以提高成品棒材的力学性能的同时优化成品的组织，加工得到超高强度(gr4抗拉强度800～1050mpa)、中高塑性(el＞15％、roa＞35％)、细晶组织(晶粒度评级≥8级)的医疗用gr4棒材成品。

2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。

3、一方面，本专利技术提供了一种高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、s1坯料选取：

5、选取各项参数满足医疗用gr4棒丝材的φ96～φ106mm的棒坯；

6、s2盘卷轧制：

7、将步骤s1所选棒坯使用电磁感应炉加热，随后使用bd600开坯机、连轧机组、kocks精轧机组进行一火次连续控温轧制，轧制后得到φ8.0～φ11.2mm盘卷丝坯；

8、s3剥皮冷拉拔：

9、将步骤s2得到的φ8.0～φ11.2mm盘卷丝坯规圆剥皮后得到光亮面丝坯，随后经过多道次死模冷拉拔之后得到用于棒材机加的丝材毛坯；

10、s4热处理：

11、对步骤s3得到的丝材毛坯进行退火处理；

12、s5精整：

13、对步骤s4得到的经退火处理的丝材毛坯进行冷矫直，定尺下断后进行磨削，得到高强度、高塑性的医疗用gr4钛合金棒材。

14、进一步地，在步骤s101中，所述棒坯为φ100mm棒坯。

15、进一步地，在步骤s102中，轧制温度为相变点以下50～100℃，终轧速度4～7m/min。

16、进一步地，在步骤s103中，所述死模冷拉拔的累计变形量为55％～70％。

17、进一步地，在步骤s103中，每道次冷拉拔的变形量为8％～20％，拉拔速度3～4m/min。

18、进一步地，在步骤s104中，退火温度500℃～600℃，时间1～1.5h。

19、另一方面，本专利技术还提供了一种高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材，由根据上述加工方法加工得到。

20、进一步地，所述gr4钛合金棒材的直径为φ4.0mm～φ6.0mm。

21、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：

22、本专利技术通过控制盘卷轧制温度提高轧制后盘卷丝坯的微观组织以及力学性能，通过控制丝坯拉拔时的加热温度、道次变形量、总变形量来控制丝材的组织及性能，通过热处理工艺来控制丝材的强度与塑性的协同性，使用该专利技术方法生产的gr4棒材，比常规拉拔工艺得到的gr4棒材强度更高，组织更均匀，晶粒更细小且力学性能佳，其抗拉强度达到800～1050mpa，屈服强度达到650mpa以上，伸长率达到15～25％，断面收缩率可达到35％～50％，同时晶粒度评级可达到astm e112的8级以上，其他各项性能也达到了gb/t13810以及astmf67外科植入物用gr4丝材的标准要求。

23、本专利技术方法能够生产出φ6.0～φ4.0mm的高强度、高塑性医疗用gr4钛合金棒材，性能优于常规轧制拉拔精整的同规格gr4棒材。

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【技术保护点】

1.一种高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤S101中，所述棒坯为Φ100mm棒坯。

3.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤S102中，轧制温度为相变点以下50～100℃，终轧速度4～7m/min。

4.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤S103中，所述死模冷拉拔的累计变形量为55％～70％。

5.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤S103中，每道次冷拉拔的变形量为8％～20％，拉拔速度3～4m/min。

6.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤S104中，退火温度500℃～600℃，时间1～1.5h。

7.一种高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材，其特征在于，由根据权利要求1至6中任一项所述的加工方法加工得到。

8.根据权利要求7所述的高强度高塑性医疗用GR4钛合金棒材，其特征在于，所述GR4钛合金棒材的直径为Φ4.0mm～Φ6.0mm。

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【技术特征摘要】

1.一种高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤s101中，所述棒坯为φ100mm棒坯。

3.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤s102中，轧制温度为相变点以下50～100℃，终轧速度4～7m/min。

4.根据权利要求1所述的高强度高塑性医疗用gr4钛合金棒材的加工方法，其特征在于，在步骤s103中，所述死模冷拉拔的累计变形量为55％～70％。

5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：许锦，李建昭，李妙，刘东，徐亮，
申请(专利权)人：陕西天成航空材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：