一种ta3冷轧板材和ta3冷轧板材细晶强化方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种TA3冷社板材，W及一种TA3冷社板材细晶强化方法和一种由该方 法得到的TA3冷社板材。
【背景技术】
[0002] 众所周知，近几年来，生物医用金属材料每年保持15-20%的增长趋势，由于铁及 铁合金比强度高弹性模量接近自然骨，耐蚀性好W及优良的生物相容性和加工成形性，在 骨科植入领域得到越来越多的应用。
[0003] 传统的外科植入件Ti-6A1-4V铁合金曾经在外科植入领域有相当广泛的应用。但 近年来也发现一些问题，首先，由于存在V元素，V元素存在毒性的问题在患者植入后期逐渐 体现出来，其次，也有研究指出Al元素也会对人的神经系统造成影响。
[0004] 因此，低Al低V的铁及铁合金，无毒害的Mo、Nb、Zr元素铁合金，在医疗器械和外科 植入领域的发展和应用开始扩大。其中纯铁细晶强化材料便是其中的发展方向之一。
[0005] 纯铁的强度相对较低，其早期在医疗领域特别是大承载部件的使用受到限制，但 由于近年来加工技术及加工能力的快速提高，使纯铁通过细晶强化来达到铁合金的强度， W满足高承载医疗用铁的使用需求成为可能；同时，纯铁的无合金元素潜在危害的优势可 W得到保留。例如：目前已经可W通过等径弯曲通道变形法化CAP法)使纯铁晶粒度达到纳 米级，强度达到11 OOMPa W上(达到T i -6A1-4V水平），但由于ECAP法难W实现工业化大规模 生产，故在工业上的应用受限。因此，优化细晶强化工艺成为生产可替代低Al低V的铁及铁 合金的TA3冷社板材的关键。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有的TA3冷社板材细晶强化方法难W获得强度和加工塑 性兼具的TA3冷社板材且成本较高的缺陷，提供了一种强度较高和加工塑性较好的TA3冷社 板材，还提供了一种能够获得强度较高和加工塑性较好且成本较低的TA3冷社板材细晶强 化方法及其制备的TA3冷社板材。
[0007] 本发明的发明人通过深入的研究发现:通过控制板巧组成成分、热社、冷社、退火 等工序，特别是通过在板巧的制作原料中混入特定量的化元素和0元素;在热社中控制热社 溫度、终扎溫度、热社后得到的热社半成品厚度W及热社的末社程变形率;在冷社中控制冷 社的末社程变形率;控制退火的溫度和退火的保溫时间来细化TA3冷社板材的晶粒，从而可 得到成品力学性能好，特别是强度较高且加工塑性优良的TA3冷社板材，从而完成了本发 明。
[000引本发明提供了一种TA3冷社板材，该TA3冷社板材含有Ti元素、Fe元素和0元素 ，W TA3冷社板材的总量为基准，所述Ti元素的含量为99.4-99.8重量％，所述Fe元素的含量为 0.1-0. 3重量％，所述0兀素的含量为0.1-0. 3重量％。。
[0009]本发明还提供了一种TA3冷社板材细晶强化方法，该方法包括:板巧的制作、热社、 冷社和退火，其特征在于，
[0010] 板巧的制作原料中含有0.1-0.3重量％的化元素、0.1-0.3重量％的0元素；
[0011] 所述热社溫度为800-900°C，所述热社的终社溫度不大于700°C，所述热社后得到 的热社半成品厚度为2-8mm，所述热社的末社程变形率不小于45%;
[0012] 所述冷社的末社程变形率不小于35% ;
[0013] 所述退火的溫度为580-650°C，所述退火的保溫时间为30-60分钟。
[0014] 本发明还提供由上述方法制备的TA3冷社板材。
[0015] 采用本发明的细晶强化方法制备的TA3冷社板材，其成品力学性能达到屈服强度 ReL为500-530M化，抗拉强度Rm为580-610MPa，断后伸长率A为28-32%，性能完全满足68/"1 13810-2007的要求，抗拉强度Rm及屈服强度ReL较现有技术提高约lOOMPa。采用本发明的细 晶强化方法制备的TA3冷社板材的晶粒度达到8-9级，可代替部分低Al低V的医用铁合金，具 有优良的市场前景。本发明提供的TA3冷社板材细晶强化方法成本低，流程简单，可W实现 工业化大规模生产。
[0016] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予W详细说明。
【附图说明】
[0017] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0018] 图1是本发明实施例1制备的TA3冷社板材的显微组织照片；
[0019]图視本发明实施例4制备的TA37令社板材的显微组织照片；
[0020] 图3是本发明对比例3制备的TA3冷社板材的显微组织照片。
【具体实施方式】
[0021] W下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0022] TA3冷社板材指的是成分满足GB/T 3620.1-2007中的TA3成分要求的材料，最终通 过室溫社制成型的板材，一般用于医疗器械和外科植入领域。
[0023] 本发明提供一种TA3冷社板材，该TA3冷社板材含有Ti元素、Fe元素和0元素，WTA3 冷社板材的总量为基准，所述Ti元素的含量为99.4-99.8重量％，所述化元素的含量为0.1-0.3重量％，所述0兀素的含量为0.1-〇. 3重量％。
[0024] 在本发明中，所述TA3冷社板材中还可能含有杂质，主要包括C、N和H元素等，当含 有运些杂质时，各元素的量的总和仍然满足100%。
[0025] 在本发明中，尽管当TA3冷社板材的组成在上述范围内时就可W实现本发明的目 的，但是为了获得增强的TA3冷社板材强度和较优良的加工塑性，优选情况下，所述TA3冷社 板材，WTA3冷社板材的总量为基准，所述Ti元素的含量为99.5-99.6重量％，所述化元素的 含量为0.2-0.25重量％，所述0元素的含量为0.2-0.25重量％。
[0026] 根据本发明的一种优选实施方式，所述TA3冷社板材的晶粒度为8级W上，进一步 优选，晶粒度为8-9级。
[0027] 根据本发明的一种优选实施方式，所述TA3冷社板材的晶粒尺寸为15.9-22.5皿， 进一步优选为15.9-18.9皿。
[002引根据本发明的一种优选实施方式，所述TA3冷社板材的屈服强度ReL为500-530MPa， 抗拉强度3。为580-6101?曰，断后伸长率4为28-32%。
[0029] 本发明提供的TA3冷社板材成品力学性能好，特别是强度较高且加工塑性优良，可 代替部分低Al低V的医用铁合金，具有优良的市场前景。
[0030] 本发明提供的TA3冷社板材只要具有前述特征即可实现本发明的目的，对其制备 方法无特殊要求，凡是能够制备出具有前述特征和性质的TA3冷社板材的方法均可用于本 发明，针对本发明，优选TA3冷社板材按照如下方法制备，该方法包括:板巧的制作、热社、冷 社和退火，其中，
[0031] 板巧的制作原料中含有0.1-0.3重量％的化元素、0.1-0.3重量％的0元素；
[0032] 所述热社溫度为800-900°C，所述热社的终社溫度不大于700°C，所述热社后得到 的热社半成品厚度为2-8mm，所述热社的末社程变形率不小于45%;
[0033] 所述冷社的末社程变形率不小于35% ;
[0034] 所述退火的溫度为580-650°C，所述退火的保溫时间为30-60分钟。
[0035] 在本发明中，对板巧的制作原料没有特别的要求，只要板巧的制作原料中含有 0.1-0.3重量％的化元素、0.1-0.3重量％的0元素即可。
[0036] 根据本发明的一种优选实施方式，所述板巧的制作原料包括海绵铁、二氧化铁和 含化物质。本领域技术人员可W根据实际情况进行选择，板巧的制作原料中二氧化铁和含 化物质的加入是为了使得原料中Fe元素和0元素的量满足上述要求，如果海绵铁中Fe元素 和0元素的量满足上述要求，所述板巧的制作原料可W不添加有二氧化铁和含Fe物质。
[0037] 根据本发明的一种优选实施方式，所述海绵铁可W为零级海绵铁和/或OA级海绵 铁。
[0038] 在本发明中所述含化物质只要含有Fe元素即可，只要能够使得所述板巧的制作原 料中化元素含量符合上述要求即可。
[0039] 在本发明中，优选所述含化物质为IF钢。而化的氧化物在TA3冷社板材细晶强化中 容易发生氧化，所W不易精确控制化元素和0元素的含量。
[0040] 本发明中在板巧的制作原料中配入一定量范围的Fe元素和0元素，使其组织更易 诱发崎变，更利于后期板材大面积再结晶形核创造条件。
[0041] 根据本发明的一种优选实施方式，所述板巧的制作原料中含有0.2-0.25重量％的 化元素，0.2-0.25重量％的0元素。采用运种优选Fe元素和0元素的含量更利于后期TA3冷社 板材大面积再结晶形核，更利于提高TA3冷社板材的晶粒度。
[0042] 本发明中对所述板巧的制作过程没有特别的限定，可W为本领域常用的方法，例 如将板巧的制作原料混合均匀后压制电极，采用真空自耗电弧炉进行烙炼，烙炼后进行锻 造。
[0043] 在本发明中，对于所制作的板巧的厚度没有特别的限定，为了使板巧能够满足后 续热社和冷社过程中末社程变形率的要求，优选所制作的板巧的厚度为70-90mm。
[0044] 在本发明中，优选控制热社溫度在TA3冷社板材的相变点W下的一个较低溫度，优 选所述热社溫度为840-860°C。该优选的热社溫度一方面能够避免TA3冷社板材组织结构恶 化，另一方面能够抑制加热过程中晶粒长大。
[0045] 在本发明中，优选所述热社的终社溫度为600-65(TC。该优选的热社的终社溫度能 够避免过高的终社溫度所导致的已破碎的晶粒继续生长。
[0046] 在本发明中，优选所述热社后得到的热社半成品厚度为2.5-6mm，进一步优选3.5-6mm。采用该优选热社后得到的热社半成品厚度更有利于满足该方法对热社的末社程变形 率的要求，更有利于进一步细化TA3冷社板材的晶粒。
[0047] 本发明对所述热社过程包括的社程数目没有特别的限定，本领域技术人员能够根 据产品的