一種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)精密鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)的精密鍛造方法，該方法通過下料與制坯得到鍛造坯料，然后將坯料進(jìn)行鍛造、校正，并經(jīng)過最終的打磨與吹砂得到CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛件。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于首次確定了CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)適宜的鍛造溫度范圍，在鍛造與校正工序后進(jìn)行回爐保溫，從而使CoCrMo合金鍛件具有良好的強(qiáng)度與塑性匹配。
【專利說明】一種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)精密鍛造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)精密鍛造方法，屬于金屬鍛造【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法填補(bǔ)了國內(nèi)CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛造工藝的空白。
【背景技術(shù)】
[0002]人工關(guān)節(jié)是矯形外科領(lǐng)域在20世紀(jì)取得的最重要的進(jìn)展之一，它使過去只能依賴拐杖行走，甚至只能截肢的患者，能像正常人一樣行走，也使一些晚期關(guān)節(jié)嚴(yán)重破壞的類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎及骨性關(guān)節(jié)炎患者，通過手術(shù)獲得了站立和行走功能，部分或完全恢復(fù)了生活自理能力。而隨著我國老齡化人口增多，患有關(guān)節(jié)疾病的人數(shù)日益增加，對人工關(guān)節(jié)的需求相應(yīng)日益增大，因此加大對人工關(guān)節(jié)的研究與開發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，常用的人工關(guān)節(jié)材料包括醫(yī)用不銹鋼、鈦合金以及鈷基合金。但是，醫(yī)用不銹鋼的耐腐蝕性能較差，其在腐蝕性的環(huán)境中易發(fā)生金屬離子向周圍組織擴(kuò)散以及植入材料自身性質(zhì)的退變，從而導(dǎo)致毒副作用和植入失?。烩伜辖鸬哪湍バ阅茌^差，其在骨間產(chǎn)生的磨損顆粒易引起骨溶解、吸收，而且其較高的彈性模量易產(chǎn)生“應(yīng)力屏蔽”，導(dǎo)致植入失敗；而鈷基合金雖然價格較高，但具有良好的耐腐蝕性能、出色的耐磨性能以及較低的彈性模量，因此是制備高端人工膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)及脊柱小關(guān)節(jié)等的理想材料。[0003]目前，金屬材料人工關(guān)節(jié)的制造工藝分為鑄造和鍛造兩種，由于鑄造人工關(guān)節(jié)的加工較容易，且加工成本較低，因此鈷基合金人工關(guān)節(jié)以鑄造為主。專利CN1203818C《一種制備鈷基合金人工關(guān)節(jié)錐柄的方法》提供了一種人工關(guān)節(jié)錐柄的鑄造工藝，該工藝采用定向凝固的方法獲得了尺寸精度較高的人工關(guān)節(jié)鑄件，依據(jù)該工藝制造的CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)毛坯主要性能均滿足國家醫(yī)藥局標(biāo)準(zhǔn)YY0117.3-93的要求。但是，隨著人們對自身醫(yī)療康復(fù)事業(yè)和醫(yī)療安全的逐步重視，人們對人工關(guān)節(jié)的性能要求不斷提高，新的標(biāo)準(zhǔn)YYOl 17.3-2005對CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)性能的檢測也更加嚴(yán)格，因此鑄造CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品合格率有所降低。而相對于鑄造人工關(guān)節(jié)，鍛造人工關(guān)節(jié)由于使粗大的鑄造組織得到破碎而得到細(xì)小、均勻的微觀組織，因此具有更高的強(qiáng)度與韌性。許多國外人工關(guān)節(jié)生產(chǎn)商紛紛推出了鍛造CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)，但是由于國內(nèi)CoCrMo合金鍛造技術(shù)還不成熟，國產(chǎn)鍛造CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)的生產(chǎn)仍為空白。與鈦合金相比，鈷基合金鍛造時塑性更低，變形抗力更大，因此其鍛造難度更大，而鍛造工藝參數(shù)難以確定。基于上述原因，傳統(tǒng)精密模鍛工藝生產(chǎn)出的CoCrMo人工關(guān)節(jié)往往存在裂紋、充填不滿等缺陷，產(chǎn)品合格率不高，力學(xué)性能也很難滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IS05832-12的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)的精密鍛造工藝。采用該工藝可以生產(chǎn)出滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IS05832-12要求的CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛件，有效解決了 CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛造裂紋、充填不滿等問題，使產(chǎn)品合格率大大提高。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:[0006]該種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)精密鍛造方法,所述CoCrMo合金的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:Cr26.0 ~30.0%, Μο5.0 ~7.0%, C ≤ 0.35%, Ni ( 1.0%, Fe ( 0.75%, Mn ( 1.0%,Si≤1.0%，N^0.25%，余量為Co，其特征在于:該方法的步驟為:
[0007]⑴選用CoCrMo合金棒材,用車床或帶鋸床下料,通過機(jī)械加工方式制成還料；[0008]⑵將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min，取出坯料并在液壓機(jī)上進(jìn)行彎桿，空冷至室溫后，吹砂，打磨表面，去除缺陷凹坑、折置、裂紋缺陷；
[0009]⑶將電阻爐加熱至1050°C~1100°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min，將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出坯料，放入模具模腔內(nèi)鍛造，然后將鍛造后的預(yù)鍛件在切邊機(jī)上用切邊模切邊，切邊后將預(yù)鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1050°C~1100°C的電阻爐內(nèi)回爐保溫5min~lOmin，出爐水冷后進(jìn)行吹砂處理，除去表面氧化層，打磨表面缺陷；
[0010]該步驟所述鍛造的變形量為坯料至成品之間所需變形量的85~90% ；
[0011]⑷將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入預(yù)鍛件，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min，將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出預(yù)鍛件，放入模具模腔內(nèi)校正得到鍛件，校正后將鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1000°C~1050°C的電阻爐內(nèi)回爐保溫5min~lOmin，出爐水冷，然后打磨飛邊，將鍛件邊緣修整圓滑，吹砂除去表面氧化層，該鍛件即是CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)成品；
[0012]該步驟所述校正的變形量為還料至成品之間所需變形量的10~15%。
[0013]在鍛造工藝上，鈦合金人工關(guān)節(jié)在預(yù)鍛和校正后直接空冷至室溫，而CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)在預(yù)鍛和終鍛后會回爐保溫，然后水冷至室溫，此舉是為了避免CoCrMo合金鍛造過程中析出相的產(chǎn)生，從而提高CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)的強(qiáng)度與塑性。
[0014]在鍛造工藝參數(shù)方面，由于CoCrMo合金含有較多高熔點(diǎn)元素，鍛造時塑性低，變形抗力大，因此其鍛造溫度較高，適宜的鍛造溫度區(qū)間窄，本發(fā)明方案中的鍛造工藝參數(shù)是經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)研究才獲得的。
[0015]相對于已有的CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)制造工藝，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.確定了 CoCrMo合金合理的彎桿、熱模鍛、校正溫度，有效降低了 CoCrMo合金鍛造時的變形抗力，避免了鍛造裂紋、充填不滿等缺陷產(chǎn)生；
[0017]2.在熱模鍛、校正工序后將CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛件回爐保溫，然后水冷至室溫，可有效提高CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)鍛件強(qiáng)度和塑性，從而保證其力學(xué)性能滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IS05892-12 的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明以CoCrMo合金人工髖關(guān)節(jié)柄為例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行具體描述。
[0019]實(shí)施例:
[0020]該種合金的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:Cr26.0~30.0%，Mo5.0~7.0%，C ≤ 0.35%, Ni ( 1.0%, Fe ( 0.75%, Mn ( 1.0%, Si ( 1.0%, N ≤ 0.25%,余量為 Co，其特征在于:該方法的步驟為:
[0021]⑴選用Φ 30mm的CoCrMo合金棒材,用車床或帶鋸床下料,通過機(jī)械加工方式制成坯料，要求表面粗糙度為1.6，檢查坯料表面質(zhì)量，如有裂紋、凹坑等，需用打磨的方法將缺陷去除，并應(yīng)保證坯料表面無污物；
[0022]⑵將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫30min,逐件取出坯料并在液壓機(jī)上進(jìn)行彎桿，空冷至室溫后，吹砂，打磨表面，去除缺陷凹坑、折疊、裂紋缺陷；
[0023]⑶將電阻爐加熱至1050°C~1100°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫30min,將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出坯料，放入模具模腔內(nèi)鍛造，然后將鍛造后的預(yù)鍛件在切邊機(jī)上用切邊模切邊，切邊后將預(yù)鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1050°C~1100°C的電阻爐內(nèi)回爐保溫lOmin，出爐水冷后進(jìn)行吹砂處理，除去表面氧化層，打磨表面缺陷； [0024]該步驟所述鍛造的變形量為坯料至成品之間所需變形量的85~90% ；
[0025]⑷將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入預(yù)鍛件，待電阻爐再次到溫后保溫30min，將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出預(yù)鍛件，放入模具模腔內(nèi)校正得到鍛件，校正后將鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1000°C~1050 0C的電阻爐內(nèi)回爐保溫5min~lOmin，出爐水冷，然后打磨飛邊，將鍛件邊緣修整圓滑，吹砂除去表面氧化層，該鍛件即是CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)成品；
[0026]該步驟所述校正的變形量為還料至成品之間所需變形量的10~15%。
[0027]經(jīng)檢驗(yàn)，通過本工藝所生產(chǎn)的CoCrMo合金人工髖關(guān)節(jié)柄鍛件，產(chǎn)品表面無裂紋、充填不滿等缺陷，產(chǎn)品合格率達(dá)到90%以上。通過本工藝生產(chǎn)的CoCrMo合金人工髖關(guān)節(jié)柄鍛件力學(xué)性能完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)IS05832-12要求，其與IS05832-12標(biāo)準(zhǔn)要求力學(xué)性能對比如表1所示。
[0028]表1CoCrMo合金人工髖關(guān)節(jié)柄鍛件力學(xué)性能與IS05832-12標(biāo)準(zhǔn)要求力學(xué)性能對比。
【權(quán)利要求】
1.一種CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)精密鍛造方法,所述CoCrMo合金的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比為:Cr26.0 ~30.0%, Μο5.0 ~7.0%, C ≤ 0.35%, Ni ≤ 1.0%, Fe ( 0.75%, Mn ≤ 1.0%,Si ( 1.0%，N^0.25%，余量為Co，其特征在于:該方法的步驟為: ⑴選用CoCrMo合金棒材,用車床或帶鋸床下料,通過機(jī)械加工方式制成還料； ⑵將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min,取出坯料并在液壓機(jī)上進(jìn)行彎桿，空冷至室溫后，吹砂，打磨表面，去除缺陷凹坑、折置、裂紋缺陷； ⑶將電阻爐加熱至1050°C~1100°C時放入坯料，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min，將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出坯料，放入模具模腔內(nèi)鍛造，然后將鍛造后的預(yù)鍛件在切邊機(jī)上用切邊模切邊，切邊后將預(yù)鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1050°C~1100°C的電阻爐內(nèi)回爐保溫5min~lOmin，出爐水冷后進(jìn)行吹砂處理，除去表面氧化層，打磨表面缺陷； 該步驟所述鍛造的變形量為坯料至成品之間所需變形量的85~90% ； ⑷將電阻爐加熱至1000°C~1050°C時放入預(yù)鍛件，待電阻爐再次到溫后保溫20~40min，將模具加熱到200°C~350°C并保溫?zé)嵬?，在模具模腔?nèi)噴涂石墨潤滑劑，從爐內(nèi)取出預(yù)鍛件，放入模具模腔內(nèi)校正得到鍛件，校正后將鍛件再次放入爐內(nèi)溫度為1000°C~10500C的電阻爐內(nèi)回爐保溫5min~lOmin，出爐水冷，然后打磨飛邊，將鍛件邊緣修整圓滑，吹砂除去表面氧化層，該鍛件即是CoCrMo合金人工關(guān)節(jié)成品； 該步驟所述校正的變形量為還料至成品之間所需變形量的10~15%。
【文檔編號】C22F1/10GK103667800SQ201310658923
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】林鶯鶯, 牟哲, 唐志今, 楊大偉, 林海 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院