一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法。在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为0～0.20的O元素和0～0.26的Fe元素。根据原始海绵钛的强度σ0得到补强需添加的Fe、O元素量，进而确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO2的添加量。经过锻造、轧制、拉拔和退火过程，制备出强度可控的纯钛丝材，满足眼镜框架不同零部件对钛丝材性能的要求。本发明专利技术在纯钛材料制备的熔炼过程中添加精确量的Fe元素和O元素，控制纯钛丝材中的化学元素含量，从而实现对纯钛丝材强度的精确控制，将不同批次生产的TA2纯钛丝材强度偏差控制在40MPa以内，生产出有具体强度要求的纯钛丝材。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纯钛材料制造领域，具体是一种对强度有要求的纯钛丝材制造。
技术介绍
钛材料由于比强度高、耐腐蚀性好等优点而广泛应用于航天、航空、医用等领域， 近年来随着钛材料生产技术的发展而价格大幅度降低，钛材料逐步应用于民用产业，其中 采用钛材料制备的眼镜框架已经步入普通人的生活。目前应用于眼镜框架的钛材料主要 有纯钛和钛合金，由于钛合金强度高、加工成型困难，而且普通人对贵重金属纯度的信赖心 理，纯钛丝材在眼镜框架上的应用仍占到70%以上的份额。按杂质含量的不同纯钛丝材可以划分为四个等级(GB3620-2007)，其中杂质元素 主要有C、N、H、0、Fe,由于杂质元素对钛材料的强化效果，不同等级的纯钛材料对应不同等 级的强度，其中一级纯钛TAl的强度为240MPa以上，而四级纯钛TA4的强度要求580MPa 以上，较宽的强度范围为纯钛材料提供了较宽的应用空间，但同时由于钛材料标准给出的 杂质含量在较宽的范围，造成同一牌号的钛材料强度也在较大范围内波动，这就给一些特 殊用途的要求材料力学性能稳定的钛产品用原材料选择造成困难。一般纯钛眼镜框架由 边框、眼镜腿、铰链、锁紧块、鼻托、螺钉等20多个零件组成，不同的零部件对材料的强度、 塑性有不同要求，如眼镜腿为了满足成型和眼镜使用稳定性，要求钛材料具有较高的强度 和良好的塑性，而边框则要求材料塑性好，强度较低，铰链则要求丝材有较高的强度。同时 为了满足眼镜框架零部件加工过程的工艺性和质量稳定性，要求提供的原材料力学性能稳 定。因此用于眼镜框架的纯钛原材料一方面要有较宽的力学性能，满足不同零部件要求，另 一方面要求同一零部件用的原材料力学性能稳定，不会因为力学性能上的差异造成生产加 工的困难和产品性能的不稳定。
技术实现思路
为了满足纯钛眼镜架零部件产品对纯钛丝材力学性能的要求，解决现有市场产品 中材料力学性能波动大的问题，本专利技术提出了。本专利技术提出的技术方案是在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为0 0. 20 的0元素和0 0.沈的狗元素。其中0元素以二氧化钛粉末状形式添加，狗元素为颗粒 状或碎屑状纯铁形式添加。对钛铸锭按本专利技术提出的工艺进行锻造、轧制、拉拔、退火等过 程，制备出强度可控的纯钛丝材，满足眼镜框架不同零部件对钛丝材性能的要求。纯钛铸锭材料中0元素和!^e元素添加量确定方法为步骤1，确定海绵钛强度；利用公式(1)得出原始海绵钛的强度σ ^ σ0 = 235+aFe+bO+cN+dC+eSi(1)式(1)中的Fe、0、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、 c、d和e分别为!^e元素、0元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别 为 72、1200、2000、720 和 200。步骤2，确定补强需添加的狗、0元素量O1-O0 = aFe+bO(2)式⑵中01为预达到的抗拉强度；为海绵钛的强度。式O)Fe、0表示需要添 加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为狗元素和O元素的强化系数；a 和b分别为72和1200。根据式( 得到所需添加的Fe元素和0元素的增加量。步骤3，确定纯钛材料熔炼过程中狗和TW2的添加量。根据式( 计算结果和预 熔炼钛锭的重量，确定熔炼过程中狗和TW2的添加量。Fe元素添加重量为预熔炼钛锭的 重量与式( 元素含量增加量直接相乘Je元素以铁屑、铁粉等细小颗粒状、粉末状形式 添加，并且狗元素添加物纯度不低于99. 5%。0元素以TW2粉的形式加入，TW2粉的重量 为2. 5倍的0元素含量增加量乘以预熔炼钛锭的重量。本专利技术还提出了一种眼镜架用纯钛丝材的制备方法，具体过程为步骤1.制作电极；将海绵钛和需要添加的铁屑、TiO2粉置于自动混料机构中混合 均勻，得到混合体。通过压力机将混合体压制成电极块，该电极块的密度>3. 2g/cm3。压制 好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极。步骤2.制备铸锭；将电极置于真空电弧炉中熔炼，熔炼时稳弧后电流为10-17KA， 电压为^_38V，预抽真空到5 X KT1Pa,熔炼过程中保持真空度不小于1. 5Pa，稳弧电流IOA0 熔炼至电极块完全熔化。一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200°C出炉。 将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭。对 二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层，超声波探伤切除冒口，分别在车光钛铸锭头部 和尾部取样进行化学成分检测。步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050°C并保温 3 6小时后，在油压机上开坯，锻造成方坯；方坯加热至900°C保温2 4小时后，对方坯 料进行锻造，加工成棒料；对得到的棒料表面处理；通过打磨清理、去除棒料表面缺陷。对 棒料进行轧制时，将棒料加热至850°C保温1 2小时后轧制，使棒料直径减小。轧制盘条， 对棒料加热至820°C保温1小时，轧制成盘条，对盘条整体退火，退火温度680°C。步骤4.拉拔丝材；多次修磨去除盘条表面缺陷，采用丝模或辊模拉拔成丝材，拉 拔中当盘条的变形量40 50%时，进行中间退火，退火温度为650°C，保温1小时后继续拉 拔，直至达到成品尺寸；对拉拔得到的丝材进行退火，退火温度为650°C，保温1小时。步骤5.截取两根试样进行力学性能测试。钛材料力学性能主要决定于材料的内部组织结构和化学成分。钛材料的加工过程 中，通过优化工艺和工艺参数而形成稳定的加工工艺，从而可以保证钛材料成品中形成一 致的内部组织结构，此时钛材料的化学成分成为影响钛材料性能的唯一因素。纯钛材料中 除98%以上的钛元素外，还有少量的C、N、H、0、Fe等杂质元素，虽然这些元素的含量很少， 但由于强烈的强化作用，这些元素的含量对纯钛材料性能的起着决定性作用。本专利技术正是 基于这一原理，根据纯钛丝材的强度要求，计算得出纯钛丝材中的需要添加的元素含量。在 纯钛材料制备的熔炼过程中添加精确量的狗元素和0元素，控制纯钛丝材中的化学元素含 量，从而实现对纯钛丝材强度的精确控制。对于常用于眼镜边框和眼镜腿的纯钛材料，通常采用TA2纯钛丝材，丝材的抗拉5强度在350 510MI^之间，不同批次间TA2丝材的强度偏差可能达到150MPa以上，给眼镜 边框和眼镜腿的塑性成型加工造成很大困难，产品质量难为稳定。而采用本专利技术中的控制 TA2纯钛丝材中化学元素含量，可以把不同批次生产的TA2纯钛丝材强度偏差控制在40MPa 以内，远远高于现在同一牌号TA2丝材的强度范围。同时依照本专利技术还可以生产出有具体 强度要求的纯钛丝材，而按目前纯钛丝材的加工手段生产的纯钛丝材是无法精确预算和控 制强度的。具体实施例方式实例一一种眼镜架用Φ6πιπι纯钛丝材原材料，力学性能要求抗拉强度440 460MPa，采 用的海绵钛为零级海绵钛，其中各元素含量重量百分比为C 0.01，H 0. 007, 0 0.045，N 0. 004，Fe 0. 028，Si 0.009。本实施例在纯钛铸锭熔炼过程中添加重量百分比为0. 112的0元素和0. 112的Fe 元素。其中0元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添加。 狗和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种眼镜架用纯钛丝材，其特征在于，在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为０～０．２０的Ｏ元素和０～０．２６的Ｆｅ元素。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李建康，吕尚宁，张科全，吉毅松，张成，吴占军，王瑞，
申请(专利权)人：西安航天博诚新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：87
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