一種醫(yī)用tc4eli鈦合金中厚板的加工方法
【專利說明】一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法
[0001] 【技術領域】 本發(fā)明涉及一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，具體涉及一種外科植入物醫(yī) 用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法。
[0002] 【【背景技術】】 已知的，鈦合金由于具有優(yōu)異的生物相容性、穩(wěn)定的物化性質、易于加工成形和與骨有 著較為接近的彈性模量等特點，使其成為一種獲得廣泛應用的外科植入物醫(yī)用金屬材料， 并且市場增長率一直保持在15%以上，發(fā)展迅速，具有廣闊的市場前景，TC4ELI鈦合金由于 具有較好的強度及耐磨性能，是目前鈦合金外科植入物應用最為廣泛產(chǎn)品之一，中厚板是 其植入物制品重要原材料供應形式，外科植入物醫(yī)用TC4ELI中厚板及其制品要求組織滿 足A1~A9級（GB/T13810外科植入物用鈦及鈦合金加工材），組織越接近A1級，其綜合 性能及使用壽命越佳，但是由于TC4ELI中厚板軋制累計變形量僅有約80%，現(xiàn)有技術一般 僅能獲得A6~A9級組織，隨著外科植入物生產(chǎn)商及患者對TC4ELI產(chǎn)品組織要求越來越嚴 格，A6~A9級組織已不能滿足高端市場及患者需求，因此如何獲得A1~A3級組織是生產(chǎn) 高端外科植入物醫(yī)用TC4ELI中厚板的關鍵。
[0003]【
【發(fā)明內容】
】 為克服【背景技術】中存在的不足，本發(fā)明提供了一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工 方法，本發(fā)明可大批量穩(wěn)定生產(chǎn)獲得A1~A3級組織，且綜合力學性能優(yōu)異，本發(fā)明通過綜 合控制原材料板坯鍛造工藝、板材軋制工藝及熱處理工藝，將TC4ELI中厚板組織由A6~A9 級改善為A1~A3級，滿足了高端市場及患者的需求。
[0004] 為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術方案： 一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，具體操作步驟如下： 一、 鑄錠熔煉： 首先選用零級小顆粒海綿鈦、鋁釩中間合金、鋁豆及二氧化鈦粉進行配料及壓制電極， 然后進行電極組焊，對組焊后的電極進行熔煉，然后將鑄錠冒口切除并進行扒皮； 二、 板坯制作： 接上步，將鈦合金0轉變溫度定義為TP，鑄錠需經(jīng)過全0鍛造及a+0鍛造，以充 分破碎粗大鑄態(tài)組織，坯料修磨后進行再a+3鍛造，板坯經(jīng)整形及銑面后成為軋制可用 板坯，板坯低倍組織應達到半清晰晶或模糊晶要求，清晰晶不可接受，板坯高倍組織應為 細小均勻的a+0雙相組織，鑄態(tài)及魏式組織不可接受，板坯超聲波探傷檢驗不低于GB/ T5193-2007 標準A級； 三、 一火軋制： 接上步，一火坯料加熱溫度為T0 - (20~60) °C，保溫時間以1. 6±0. 2min/mm計算，一 火道次變形率在5~25%之間，一火軋程變形率控制為40~85%，經(jīng)6~12道次軋至一火 目標厚度； 四、 中間修磨： 接上步，一火板經(jīng)扒皮、拋光修磨見金屬色，并去除表面裂紋、壓入等缺陷，修磨方向垂 直于一火軋制方向； 五、 二火軋制： 接上步，二火軋制方向垂直于一火軋制方向，二火坯料加熱溫度低于一火加熱溫度 20~60°C，保溫時間以1. 3±0. 2min/mm計算，二火道次變形率在5~20%之間，二火軋程 變形率控制為40~70%，經(jīng)4~8道次軋至目標厚度； 六、 熱處理： 接上步，采用大氣氣氛進行退火，退火板材可疊放裝爐，但疊放總厚度應< 80mm，退火 板材裝爐溫度< 700°C，在裝爐溫度下預熱1~3小時后，升溫至T0 - (40~140) °C退火溫度 進行保溫，保溫時間為1~3h，保溫結束后慢冷至< 700°C，慢冷冷卻速率< 2°C/min，然后 出爐空冷，若大氣退火后鈦板板形不良，則在< 650°C溫度下進行壓矯形退火； 七、 表面處理： 接上步，采用堿酸洗、噴砂酸洗或砂光方法進行表面處理，去除表面氧化層及缺陷。
[0005] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第一步中二氧化鈦粉的純度 大于99. 5%。
[0006] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第一步中電極組焊為使用真 空等離子焊箱進行電極組焊。
[0007] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第一步中熔煉為采用真空自 耗電弧爐進行三次熔煉。
[0008] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第一步中扒皮為在車床上進 行扒皮。
[0009] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第二步中全0鍛造坯料加熱 溫度為T3 + (50~180) °C，進行兩次或以上墩拔處理，火次總變形量控制為120~300%。
[0010] 所述的醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，所述第二步中a+ 0鍛造坯料加熱 溫度為T0 - (20~60) °C，進行兩墩兩拔，火次總變形量控制為120~200%。
[0011] 采用如上所述的技術方案，本發(fā)明具有如下所述的優(yōu)越性： 本發(fā)明所述的一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，本發(fā)明可大批量穩(wěn)定生產(chǎn) 獲得A1~A3級組織，且綜合力學性能優(yōu)異，本發(fā)明通過綜合控制原材料板坯鍛造工藝、板 材軋制工藝及熱處理工藝，將TC4ELI中厚板組織由A6~A9級改善為A1~A3級，同時綜 合力學性能優(yōu)異，解決了高端外科植入物醫(yī)用TC4ELI中厚板加工技術難題，滿足了高端市 場及患者需求，本發(fā)明可實現(xiàn)該類產(chǎn)品大批量的穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0012] 【【附圖說明】】 圖1為本發(fā)明獲得成品的橫向組織； 圖2為本發(fā)明獲得另一成品的橫向組織； 圖3為本發(fā)明對比例獲得成品的橫向組織。
[0013]【【具體實施方式】】 通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例； 本發(fā)明所述的一種醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板的加工方法，具體操作步驟如下： 一、鑄錠熔煉： 首先選用零級小顆粒海綿鈦、鋁釩中間合金、鋁豆及純度大于99. 5%的二氧化鈦粉進 行配料及壓制電極，然后使用真空等離子焊箱進行電極組焊，對組焊后的電極采用真空自 耗電弧爐進行三次熔煉，然后將鑄錠冒口切除并在車床上進行扒皮； 二、 板坯制作： 接上步，將鈦合金0轉變溫度定義為T0，鑄錠需經(jīng)過全0鍛造及a+0鍛造，以充 分破碎粗大鑄態(tài)組織，坯料修磨后進行再a+3鍛造，板坯經(jīng)整形及銑面后成為軋制可用 板坯，板坯低倍組織應達到半清晰晶或模糊晶要求，清晰晶不可接受，板坯高倍組織應為 細小均勻的a+0雙相組織，鑄態(tài)及魏式組織不可接受，板坯超聲波探傷檢驗不低于GB/ T5193-2007標準A級，其中全0鍛造坯料加熱溫度為TP+(50~180)°C，進行兩次或以上 墩拔處理，火次總變形量控制為120~300%，a+ 0鍛造坯料加熱溫度為T0 - (20~60) °C， 進行兩墩兩拔，火次總變形量控制為120~200% ; 三、 一火軋制： 接上步，一火坯料加熱溫度為T0 - (20~60) °C，保溫時間以1. 6±0. 2min/mm計算，一 火道次變形率在5~25%之間，一火軋程變形率控制為40~85%，經(jīng)6~12道次軋至一火 目標厚度； 四、 中間修磨： 接上步，一火板經(jīng)扒皮、拋光修磨見金屬色，并去除表面裂紋、壓入等缺陷，修磨方向垂 直于一火軋制方向； 五、 二火軋制： 接上步，二火軋制方向垂直于一火軋制方向，二火坯料加熱溫度低于一火加熱溫度 20~60°C，保溫時間以1. 3±0. 2min/mm計算，二火道次變形率在5~20%之間，二火軋程 變形率控制為40~70%，經(jīng)4~8道次軋至目標厚度； 六、 熱處理： 接上步，采用大氣氣氛進行退火，退火板材可疊放裝爐，但疊放總厚度應< 80mm，退火 板材裝爐溫度< 700°C，在裝爐溫度下預熱1~3小時后，升溫至T0 - (40~140) °C退火溫度 進行保溫，保溫時間為1~3h，保溫結束后慢冷至< 700°C，慢冷冷卻速率< 2°C/min，然后 出爐空冷，若大氣退火后鈦板板形不良，則在< 650°C溫度下進行壓矯形退火； 七、 表面處理： 接上步，采用堿酸洗、噴砂酸洗或砂光方法進行表面處理，去除表面氧化層及缺陷獲得 外科植入物醫(yī)用TC4ELI鈦合金中厚板。
[0014] 本發(fā)明采用全過程工藝設計理念，通過綜合控制原材料板坯鍛造工藝、板材軋制 工藝及熱處理工藝，實現(xiàn)A1~A3級組織外科植入物醫(yī)療TC4ELI中厚板制備，解決了高端 外科植入物醫(yī)用TC4ELI中厚板加工技術難題，專利工藝路線新穎，并可實現(xiàn)大批量穩(wěn)定生 產(chǎn)，且組織及綜合力學性能優(yōu)異。采用本專利技術加工的TC4ELI鈦合金中厚板完全滿足 GB/T13810-2007和ASTMF136標準要求，同樣適用于TC4鈦合金中厚板加工，產(chǎn)品可滿足 GB/T13810-2007、ISO5832-3 及ASTMF1472 標準要求。
[0015] 本發(fā)明具有以下創(chuàng)新點及優(yōu)點： 1、 工藝路線新穎，首次采用全過程工藝設計理念，從板坯鍛造工藝、板材軋制工藝及熱 處理工藝三方綜合控制獲得最佳組