本發(fā)明屬于鈦合金材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法。

背景技術(shù)：

ti6al4v和純鈦等鈦及鈦合金由于具有低的彈性模量、合適的強(qiáng)度，優(yōu)越的抗疲勞性能和生物相容性等特點(diǎn)，被作為生物醫(yī)用材料廣泛使用。隨著醫(yī)療水平的提高，彈性模量為110gpa鈦合金因?yàn)椤皯?yīng)力屏蔽”等原因，已不能滿(mǎn)足骨替換產(chǎn)品的更高要求，而低彈性模量的ti-nb-ta-zr等β型鈦合金棒材被快速開(kāi)發(fā)。但ti-nb-ta-zr系列鈦合金因含有大量的nb、ta、zr等稀有貴金屬，且熔煉困難，未能規(guī)模開(kāi)展應(yīng)用。ti-mo系合金最低彈性模量約為50gpa，是理想的植入材料。傳統(tǒng)工藝認(rèn)為，此類(lèi)合金需要在β相區(qū)加工，但變形量不夠時(shí)，得到的組織不均勻。因此，開(kāi)發(fā)彈性模量低，成分、組織均勻的ti-15mo鈦合金棒材產(chǎn)品對(duì)我國(guó)醫(yī)用合金材料的發(fā)展有極大的推進(jìn)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，解決了現(xiàn)有方法難以穩(wěn)定生產(chǎn)出組織細(xì)小、性能穩(wěn)定的β型鈦合金的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，中間坯精鍛：

選取縱、橫向組織均勻的ti15mo鈦合金鍛坯，大氣氣氛下，在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，充分保溫，采用一火次多道次加工，鍛造為軋制坯料；

步驟2，棒坯軋制：

將步驟1得到的軋制坯料，大氣氣氛下，在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，充分保溫，采用一火次多道次熱軋軋制至成品棒坯；

步驟3，棒材精整：

將步驟2軋制后的棒材，經(jīng)矯直磨削加工至成品尺寸，即得到組織均勻的ti15mo鈦合金棒材。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1中加熱溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下50℃～80℃，保溫時(shí)間至少為70min。

步驟1中道次變形量為15％～30％，累積變形量為40％～72％。

步驟1鍛造后對(duì)坯料進(jìn)行水冷。

步驟2中加熱溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下80℃～110℃，至少保溫60min。

步驟2中道次變形量為18％～35％，累積變形量為85％～96％。

步驟2軋制后對(duì)棒坯進(jìn)行空冷。

步驟3中矯直溫度為β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃～50℃。

本發(fā)明的有益效果是，一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，通過(guò)連續(xù)在相變點(diǎn)下鍛造和軋制，控制單火次大變形，來(lái)改善棒材的組織均勻性。采用本發(fā)明方法制備得到ti15mo鈦合金棒材，比常規(guī)工藝得到的橫向組織均勻，并且晶粒細(xì)小，滿(mǎn)足生物醫(yī)療棒材無(wú)毒性、低彈性模量的要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織低倍圖；

圖2是本發(fā)明制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織高倍圖；

圖3是傳統(tǒng)β相區(qū)加工制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織低倍圖；

圖4是傳統(tǒng)β相區(qū)加工制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織高倍圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，具體包括以下步驟：

步驟1，選取規(guī)格為φ85～φ95mm，縱、橫向組織均勻的ti15mo鈦合金鍛坯，置于電阻爐中在β轉(zhuǎn)變溫度以下50℃～80℃加熱，爐內(nèi)保溫時(shí)間大于70min，采用1火次多道次鍛造，道次變形量為15％～30％，累積變形量為40％～72％，鍛后水冷。

步驟2，將經(jīng)步驟1精鍛得到的棒坯在電阻爐中加熱，加熱溫度選擇在β轉(zhuǎn)變溫度以下80℃～110℃，至少保溫60min。在橫列式軋機(jī)上采用1火次多道次熱軋，軋制道次變形量為18％～35％，累積變形量為85％～96％，軋后空冷；軋制棒坯在β轉(zhuǎn)變溫度以下30℃～50℃加熱、矯直，磨光后即得到成品棒材。

β型鈦合金棒材常規(guī)工藝認(rèn)為，在β轉(zhuǎn)變溫度以上加工，棒坯塑性良好，變形抗力小，有利于加工成形，但在熱加工過(guò)程中，坯料會(huì)快速失溫，導(dǎo)致材料部分變形是在β轉(zhuǎn)變溫度以下完成的，這會(huì)使材料組織不均勻。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)ti15mo鈦合金鍛坯連續(xù)在相變點(diǎn)下鍛造和軋制，并控制單火次大變形，改善了棒材的組織均勻性。采用本發(fā)明方法制備得到ti15mo鈦合金棒材，比常規(guī)工藝得到的橫向組織均勻，并且晶粒細(xì)小，滿(mǎn)足生物醫(yī)療棒材無(wú)毒性、低彈性模量的要求。

圖1是采用本發(fā)明方法制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織低倍圖，從圖中可以看出棒材整個(gè)橫截面的低倍組織均為均勻模糊晶，無(wú)晶界和尺寸差異。圖2是采用本發(fā)明方法制備得到的ti15mo鈦合金棒材的橫向組織高倍圖，從圖中可以看出棒材的橫向組織細(xì)小均勻，α+β相彌散分布。圖3、圖4分別是傳統(tǒng)工藝在β轉(zhuǎn)變溫度以上加工得到的棒材的低、高倍組織圖。在β轉(zhuǎn)變溫度以上加熱，加工過(guò)程中，材料不斷失溫，部分變形在β相區(qū)完成，部分變形是在β轉(zhuǎn)變溫度下完成，會(huì)導(dǎo)致棒材組織不均勻。與圖1、圖2之相比，圖3、圖4均勻性明顯較差。

實(shí)施例1

選取規(guī)格為φ85mm，縱、橫向組織均勻的ti15mo鈦合金鍛坯，實(shí)測(cè)β轉(zhuǎn)變溫度為750℃。鍛坯置于電阻爐中在670℃下加熱，爐內(nèi)保溫時(shí)間為70min，采用1火次多道次鍛造至φ65mm(累積變形量為40％)，道次變形量為15％～24％，鍛后馬上浸入流水中冷卻。冷卻至室溫的鍛坯在電阻爐中加熱，加熱溫度為640℃，保溫80min。采用1火次多道次熱軋至φ25mm(累積變形量為85％)，道次變形量為18％～32％，軋后空冷，軋制棒坯在720℃加熱、矯直，磨光后即得到成品棒材。

實(shí)施例2

選取規(guī)格為φ95mm，縱、橫向組織均勻的ti15mo鈦合金鍛坯，實(shí)測(cè)β轉(zhuǎn)變溫度為755℃。鍛坯置于電阻爐中在β轉(zhuǎn)變溫度以下690℃加熱，爐內(nèi)保溫時(shí)間為100min，采用1火次多道次鍛造至φ50mm(累積變形量為72％)，道次變形量為19％～30％，鍛后馬上浸入流水中冷卻。冷卻至室溫的鍛坯在電阻爐中加熱，加熱溫度為660℃，保溫60min。采用1火次多道次熱軋至φ9.5mm(累積變形量為96％)，軋制道次變形量為20％～35％，軋后空冷，軋制棒坯在720℃下加熱、矯直，磨光后即得到成品棒材。

實(shí)施例3

選取規(guī)格為φ85mm，縱、橫向組織均勻的ti15mo鈦合金鍛坯，實(shí)測(cè)β轉(zhuǎn)變溫度為750℃。鍛坯置于電阻爐中在在β轉(zhuǎn)變溫度以下700℃加熱，爐內(nèi)保溫時(shí)間為80min，采用1火次多道次鍛造至φ52mm(累積變形量為66％)，道次變形量為17％～29％，鍛后馬上浸入流水中冷卻。冷卻至室溫的鍛坯在電阻爐中加熱，加熱溫度為670℃，保溫70min。采用1火次多道次熱軋至φ18mm(累積變形量為88％)，道次變形量為20％～34％，軋后空冷，軋制棒坯在700℃下加熱、矯直，磨光后即得到成品棒材。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高均勻β型鈦合金棒材的加工方法，選取縱、橫向組織均勻的Ti15Mo鈦合金鍛坯，在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，采用一火次多道次將棒坯鍛造為軋制坯料；然后將軋制坯料在β轉(zhuǎn)變溫度以下加熱，并進(jìn)行一火次多道次熱軋；最后對(duì)其進(jìn)行加熱矯直，磨光，即得到組織均勻的Ti15Mo鈦合金棒材。采用本發(fā)明方法制備得到的Ti15Mo鈦合金棒材，比常規(guī)β轉(zhuǎn)變點(diǎn)上加熱生產(chǎn)得到的棒材橫向組織均勻，并且晶粒細(xì)小，滿(mǎn)足生物醫(yī)療無(wú)毒性、低彈性模量的使用要求。

技術(shù)研發(fā)人員：朱燕麗;侯峰起;田琳;孫小平;李英浩;和永崗;楊輝;韓飛孝;王凱旋;張小航;馮勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.22
技術(shù)公布日：2017.09.29