專利名稱：：高性能高精度生物鈦合金棒材的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于材料加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是醫(yī)用金屬材料的加工。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)階段我國(guó)生產(chǎn)的使用在矯形植入術(shù)中的鈦合金材料仍處于初級(jí)的產(chǎn)品，大量的高性能高精度的生物用鈦合金仍然要依賴進(jìn)口。分析其主要原因有兩點(diǎn)一、內(nèi)在質(zhì)量；由于植入生物體中的器械要求在生物體中不同體位配合生物體原有機(jī)能工作，它對(duì)材料要求要有很高的目標(biāo)性參數(shù)。例如，要達(dá)到高強(qiáng)度、低彈性模量，就要有精確的抗拉強(qiáng)度數(shù)值，.精確的收縮率數(shù)值，精確的高倍金相組織結(jié)構(gòu)，但我國(guó)許多材料廠商達(dá)不到如此高的水準(zhǔn)。二、外在質(zhì)量。有了好的內(nèi)在質(zhì)量還要有高精度準(zhǔn)確的外形尺寸才能算是優(yōu)質(zhì)的生物植入物產(chǎn)品，要想保證精準(zhǔn)的尺寸，就必須釆用高精度的原材料進(jìn)行加工，我國(guó)目前是靠大量進(jìn)口精度在h8級(jí)一h7級(jí)的材料，進(jìn)行加工自己的產(chǎn)品
發(fā)明內(nèi)容.本發(fā)明目的是提供一種高性能高精度生物鈦合金棒材的制備工藝，滿足醫(yī)療器械在生物體中不同體位的性能要求。具體地說，高性能高精度生物鈦合金棒材的制備工藝，其包括如下步驟U)原料制備選用小顆粒海綿鈦制做電極，在真空度《10Pa4的等離子真空焊箱中焊接電極，釆用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；(2)鍛造加工分為加熱和鍛造步驟，并且加熱是將鑄錠在電阻爐中加熱，按照下表控制溫度鑄錠變形坯料成品鍛造加熱溫度終鍛溫度加熱溫度終鍛溫度加熱溫度終鍛溫度IIO(TC~1150°C850°C1150。C~1200°C800°C950°C~960°C750°C加熱時(shí)間按照下表控制裝爐溫度裝爐溫度后的預(yù)熱時(shí)間(分鐘)加熱升溫中預(yù)熱時(shí)間(分鐘)加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)850°C~880°C506045~50鍛造釆用空氣錘上加工并按照如下表控制變形量獲取去氧化皮光棒鑄錠變形坯料成品變形％最大變形％最小變形y。最大變形％最小變形％7560754575~65(3)軋制加工釆用加溫逐次變形的方法進(jìn)行加工，并按照下述表控制坯料在電阻爐中加熱溫度裝爐溫度加熱溫度終札溫度850°C~880°C920°C~930°C880°C釆用橫列式棒材軋機(jī)進(jìn)行軋制并按照下表控制溫度和變形量、按照下述加熱時(shí)間表控制加熱時(shí)間并軋制獲取棒材.加熱溫度終軋溫度加工道次總變形率％備注5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>加熱時(shí)間表:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(4)熱處理釆用自動(dòng)溫控箱式電阻爐對(duì)已經(jīng)獲取的棒材進(jìn)行熱處理，退火工藝按照下表工藝條件實(shí)施<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(5)溫加工采用溫加工的方式對(duì)棒材較直，并且溫加工加熱條件按下表，然后釆用40T油缸自動(dòng)往復(fù)校直機(jī)進(jìn)行張力，將溫料放置在刨面鑄鐵平臺(tái)上自然冷卻即可；<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(6)截取合格尺寸棒材釆用拔皮機(jī)無芯磨床進(jìn)行機(jī)械加工，獲取高性能高精度鈦合金棒材。本發(fā)明以解決材料高倍金相組織的可控化、精確化為切入點(diǎn)，進(jìn)行了多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)工作，滿足了醫(yī)療器械在生物體中不同體位的性能要求，達(dá)到各項(xiàng)系數(shù)的精準(zhǔn)化、可控化。證實(shí)只i材料高倍金相M織精確化、可控化，它的抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、彈性模量等一系列性能都會(huì)得到有效的控制和目標(biāo)化。具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式以制備牌號(hào)為TC4ELI的①14mmx2000mm的高性能高精度生物鈦合金棒材為例。要求高倍金相評(píng)級(jí)符合GB/T13810-2007A1-A2，抗拉強(qiáng)度^950Mpa,規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度>85OMpa，斷后伸長(zhǎng)率>15%,斷面收縮率>35%:釆用的工藝如下一、原料制備1、選用遵義一級(jí)優(yōu)質(zhì)小顆粒海綿鈦制做電極。2、在真空度《10Pa的等離子真空焊箱中焊接電極:3、釆用1.5T真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉。4、獲取鑄錠成分為<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>二、鍛造加工1、加熱將①360xL(去冒口)的鑄錠在電阻爐中加熱。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>加熱時(shí)間表裝爐溫度裝爐溫度后的預(yù)'熱時(shí)間(分鐘)加熱升溫中預(yù)熱時(shí)間(分鐘)加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)850°C~880°C506045~502、鍛造:根據(jù)不同坯料、不同環(huán)節(jié)，釆用如下變形工藝在3T的空氣錘及750kg空氣錘上加工。鑄錠變形坯料成品變形％最大變形％最小變形y。最大變形％最小變形y。7560754575~653、獲?、?065mm的去氧化皮光棒。三、軋制加工釆用加溫逐次變形的方法進(jìn)行加工。1、加熱將①6065mm坯料在電阻爐中加熱。裝爐溫度加熱溫度終軋溫度850°C~S80。C920°C~930°C880°C2、軋制釆用250型橫列式棒材軋機(jī)進(jìn)行軋制。加熱溫度終軋溫度加工道次總變形率％備注920°C~930°C880°C9-12次70~75采用一次加溫多次變形的工藝3、通過軋制獲?、?6mmxL的軋制棒材加熱時(shí)間表裝爐溫度'c裝爐溫度下的預(yù)熱時(shí)間(分鐘)加熱升溫中預(yù)熱時(shí)間(分鐘)加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)800°C~850°C9010070-80四、熱處理81、重要性*必要性對(duì)于TC4ELI鈥合金來講，優(yōu)良的機(jī)械性能主要取決于組織中的初生a相和P相的比例及其形狀、大小和分布，而它們的獲得又是由合金的熱加工和熱處理工藝來決定的，以上熱加工已經(jīng)給出了嚴(yán)格的加工工藝,'但最后的熱處理仍然是不可缺少的重要步驟。我們通常釆用如下工序完成最后的熱處理，以保證精準(zhǔn)的目標(biāo)性高倍金相組織。2、釆用的設(shè)備600mmx800mmx4000mm80千瓦自動(dòng)溫控箱式電阻爐。條件三區(qū)加溫，溫差要求小于士8。C。3、退火工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注空冷時(shí)必須將材料均勻放置在料架上，達(dá)到均勻散熱的效果。五、溫加工由于前期的加工獲得了優(yōu)良性能的棒材，給后期的校直工作帶來了巨大的麻煩，我們可釆用溫加工的方式進(jìn)行解決。1、加熱條件<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>2、張力校直釆用40T油缸自動(dòng)往復(fù)校直機(jī)進(jìn)行校直。3、冷卻將溫料放置在刨面鑄鐵平臺(tái)上自然冷卻。六、冷加工釆用拔皮機(jī)無芯磨床進(jìn)行機(jī)械加工，獲取①14x2000mm的高性能高精度鈦合金棒材。七、檢測(cè)根據(jù)GB/T5168兩相鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法進(jìn)行高倍金相檢驗(yàn)。GB/T228金屬材料室溫拉伸方法檢驗(yàn)力學(xué)性能。GB/T3620.1鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分檢測(cè)化學(xué)成分。:由于研究制定出了科學(xué)有效的技術(shù)工藝，在此原則上成功地生產(chǎn)制造出了批量的高性能高精度生物鈦合金棒材。權(quán)利要求1、高性能高精度生物鈦合金棒材的制備工藝，其特征是包括如下步驟(1)原料制備選用小顆粒海綿鈦制做電極，在真空度≤10Pa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；(2)鍛造加工分為加熱和鍛造步驟，并且加熱是將鑄錠在電阻爐中加熱，按照下表控制溫度<tablesid="tabl0001"num="0001"></tables>加熱時(shí)間按照下表控制<tablesid="tabl0002"num="0002"><table><tgroupcols="4"><colspeccolname="c001"colwidth="23%"/><colspeccolname="c002"colwidth="25%"/><colspeccolname="c003"colwidth="27%"/><colspeccolname="c004"colwidth="25%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">裝爐溫度</entry><entrymorerows="1">裝爐溫度后的預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱升溫中預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">850℃～880℃</entry><entrymorerows="1">50</entry><entrymorerows="1">60</entry><entrymorerows="1">45～50</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>鍛造采用空氣錘上加工并按照如下表控制變形量獲取去氧化皮光棒<tablesid="tabl0003"num="0003"></tables>(3)軋制加工采用加溫逐次變形的方法進(jìn)行加工，并按照下述表控制坯料在電阻爐中加熱溫度<tablesid="tabl0004"num="0004"><table><tgroupcols="3"><colspeccolname="c001"colwidth="33%"/><colspeccolname="c002"colwidth="33%"/><colspeccolname="c003"colwidth="34%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">裝爐溫度</entry><entrymorerows="1">加熱溫度</entry><entrymorerows="1">終軋溫度</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">850℃～880℃</entry><entrymorerows="1">920℃～930℃</entry><entrymorerows="1">880℃</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>采用橫列式棒材軋機(jī)進(jìn)行軋制并按照下表控制溫度和變形量、按照下述加熱時(shí)間表控制加熱時(shí)間并軋制獲取棒材<tablesid="tabl0005"num="0005"><table><tgroupcols="5"><colspeccolname="c001"colwidth="20%"/><colspeccolname="c002"colwidth="14%"/><colspeccolname="c003"colwidth="14%"/><colspeccolname="c004"colwidth="17%"/><colspeccolname="c005"colwidth="36%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">加熱溫度</entry><entrymorerows="1">終軋溫度</entry><entrymorerows="1">加工道次</entry><entrymorerows="1">總變形率％</entry><entrymorerows="1">備注</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">920℃～930℃</entry><entrymorerows="1">880℃</entry><entrymorerows="1">9-12次</entry><entrymorerows="1">70～75</entry><entrymorerows="1">采用一次加溫多次變形的工藝</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>加熱時(shí)間表<tablesid="tabl0006"num="0006"><table><tgroupcols="4"><colspeccolname="c001"colwidth="19%"/><colspeccolname="c002"colwidth="28%"/><colspeccolname="c003"colwidth="27%"/><colspeccolname="c004"colwidth="26%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">裝爐溫度℃</entry><entrymorerows="1">裝爐溫度下的預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱升溫中預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">800℃～850℃</entry><entrymorerows="1">90</entry><entrymorerows="1">100</entry><entrymorerows="1">70-80</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>(4)熱處理采用自動(dòng)溫控箱式電阻爐對(duì)已經(jīng)獲取的棒材進(jìn)行熱處理，退火工藝按照下表工藝條件實(shí)施<tablesid="tabl0007"num="0007"><table><tgroupcols="7"><colspeccolname="c001"colwidth="13%"/><colspeccolname="c002"colwidth="17%"/><colspeccolname="c003"colwidth="17%"/><colspeccolname="c004"colwidth="16%"/><colspeccolname="c005"colwidth="14%"/><colspeccolname="c006"colwidth="14%"/><colspeccolname="c007"colwidth="9%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">每爐裝料kg</entry><entrymorerows="1">加熱溫度℃</entry><entrymorerows="1">裝爐溫度℃</entry><entrymorerows="1">裝爐溫度下的預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱升溫預(yù)熱時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">加熱溫度下保溫時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">冷卻方式</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">250以下</entry><entrymorerows="1">760℃～770℃</entry><entrymorerows="1">650℃～700℃</entry><entrymorerows="1">45</entry><entrymorerows="1">50</entry><entrymorerows="1">60</entry><entrymorerows="1">空冷</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>(5)溫加工采用溫加工的方式對(duì)棒材較直，并且溫加工加熱條件按下表，然后采用40T油缸自動(dòng)往復(fù)校直機(jī)進(jìn)行張力，將溫料放置在刨面鑄鐵平臺(tái)上自然冷卻即可；<tablesid="tabl0008"num="0008"><table><tgroupcols="4"><colspeccolname="c001"colwidth="25%"/><colspeccolname="c002"colwidth="25%"/><colspeccolname="c003"colwidth="25%"/><colspeccolname="c004"colwidth="25%"/><thead></column></row><row><column><entrymorerows="1">每爐裝料kg</entry><entrymorerows="1">加熱溫度℃</entry><entrymorerows="1">保溫時(shí)間(分鐘)</entry><entrymorerows="1">最長(zhǎng)工作時(shí)間</entry></column></row></thead><tbody></column></row><row><column><entrymorerows="1">200以下</entry><entrymorerows="1">450℃～500℃</entry><entrymorerows="1">60分鐘</entry><entrymorerows="1">100分鐘</entry></column></row></tbody></tgroup></column></row><table></tables>(6)截取合格尺寸棒材采用拔皮機(jī)無芯磨床進(jìn)行機(jī)械加工，獲取高性能高精度鈦合金棒材。全文摘要本發(fā)明高性能高精度生物鈦合金棒材的制備工藝屬于材料加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是醫(yī)用金屬材料的加工。其主要步驟包括(1)原料制備選用小顆粒海綿鈦制做電極；(2)鍛造加工分為加熱和鍛造步驟，并且加熱是將鑄錠在電阻爐中加熱，(3)軋制加工采用加溫逐次變形的方法進(jìn)行加工，(4)熱處理采用自動(dòng)溫控箱式電阻爐對(duì)已經(jīng)獲取的棒材進(jìn)行熱處理，(5)溫加工采用溫加工的方式對(duì)棒材較直，(6)截取合格尺寸棒材采用拔皮機(jī)無芯磨床進(jìn)行機(jī)械加工，獲取高性能高精度鈦合金棒材。本發(fā)明以解決材料高倍金相組織的可控化、精確化為切入點(diǎn)，進(jìn)行了多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)工作，滿足了醫(yī)療器械在生物體中不同體位的性能要求，達(dá)到各項(xiàng)系數(shù)的精準(zhǔn)化、可控化。文檔編號(hào)B21B37/74GK101537439SQ200910022219公開日2009年9月23日申請(qǐng)日期2009年4月28日優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日發(fā)明者董軍利,鄭永利申請(qǐng)人:寶雞鑫諾新金屬材料有限公司