一种医用tc4eli钛合金中厚板的加工方法
【专利说明】一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法
[0001] 【技术领域】 本发明涉及一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，具体涉及一种外科植入物医 用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法。
[0002] 【【背景技术】】 已知的，钛合金由于具有优异的生物相容性、稳定的物化性质、易于加工成形和与骨有 着较为接近的弹性模量等特点，使其成为一种获得广泛应用的外科植入物医用金属材料， 并且市场增长率一直保持在15%以上，发展迅速，具有广阔的市场前景，TC4ELI钛合金由于 具有较好的强度及耐磨性能，是目前钛合金外科植入物应用最为广泛产品之一，中厚板是 其植入物制品重要原材料供应形式，外科植入物医用TC4ELI中厚板及其制品要求组织满 足A1~A9级（GB/T13810外科植入物用钛及钛合金加工材），组织越接近A1级，其综合 性能及使用寿命越佳，但是由于TC4ELI中厚板轧制累计变形量仅有约80%，现有技术一般 仅能获得A6~A9级组织，随着外科植入物生产商及患者对TC4ELI产品组织要求越来越严 格，A6~A9级组织已不能满足高端市场及患者需求，因此如何获得A1~A3级组织是生产 高端外科植入物医用TC4ELI中厚板的关键。
[0003]【
【发明内容】
】 为克服【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工 方法，本发明可大批量稳定生产获得A1~A3级组织，且综合力学性能优异，本发明通过综 合控制原材料板坯锻造工艺、板材轧制工艺及热处理工艺，将TC4ELI中厚板组织由A6~A9 级改善为A1~A3级，满足了高端市场及患者的需求。
[0004] 为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案： 一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，具体操作步骤如下： 一、 铸锭熔炼： 首先选用零级小颗粒海绵钛、铝钒中间合金、铝豆及二氧化钛粉进行配料及压制电极， 然后进行电极组焊，对组焊后的电极进行熔炼，然后将铸锭冒口切除并进行扒皮； 二、 板坯制作： 接上步，将钛合金0转变温度定义为TP，铸锭需经过全0锻造及a+0锻造，以充 分破碎粗大铸态组织，坯料修磨后进行再a+3锻造，板坯经整形及铣面后成为轧制可用 板坯，板坯低倍组织应达到半清晰晶或模糊晶要求，清晰晶不可接受，板坯高倍组织应为 细小均匀的a+0双相组织，铸态及魏式组织不可接受，板坯超声波探伤检验不低于GB/ T5193-2007 标准A级； 三、 一火轧制： 接上步，一火坯料加热温度为T0 - (20~60) °C，保温时间以1. 6±0. 2min/mm计算，一 火道次变形率在5~25%之间，一火轧程变形率控制为40~85%，经6~12道次轧至一火 目标厚度； 四、 中间修磨： 接上步，一火板经扒皮、抛光修磨见金属色，并去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂 直于一火轧制方向； 五、 二火轧制： 接上步，二火轧制方向垂直于一火轧制方向，二火坯料加热温度低于一火加热温度 20~60°C，保温时间以1. 3±0. 2min/mm计算，二火道次变形率在5~20%之间，二火轧程 变形率控制为40~70%，经4~8道次轧至目标厚度； 六、 热处理： 接上步，采用大气气氛进行退火，退火板材可叠放装炉，但叠放总厚度应< 80mm，退火 板材装炉温度< 700°C，在装炉温度下预热1~3小时后，升温至T0 - (40~140) °C退火温度 进行保温，保温时间为1~3h，保温结束后慢冷至< 700°C，慢冷冷却速率< 2°C/min，然后 出炉空冷，若大气退火后钛板板形不良，则在< 650°C温度下进行压矫形退火； 七、 表面处理： 接上步，采用碱酸洗、喷砂酸洗或砂光方法进行表面处理，去除表面氧化层及缺陷。
[0005] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第一步中二氧化钛粉的纯度 大于99. 5%。
[0006] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第一步中电极组焊为使用真 空等离子焊箱进行电极组焊。
[0007] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第一步中熔炼为采用真空自 耗电弧炉进行三次熔炼。
[0008] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第一步中扒皮为在车床上进 行扒皮。
[0009] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第二步中全0锻造坯料加热 温度为T3 + (50~180) °C，进行两次或以上墩拔处理，火次总变形量控制为120~300%。
[0010] 所述的医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，所述第二步中a+ 0锻造坯料加热 温度为T0 - (20~60) °C，进行两墩两拔，火次总变形量控制为120~200%。
[0011] 采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性： 本发明所述的一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，本发明可大批量稳定生产 获得A1~A3级组织，且综合力学性能优异，本发明通过综合控制原材料板坯锻造工艺、板 材轧制工艺及热处理工艺，将TC4ELI中厚板组织由A6~A9级改善为A1~A3级，同时综 合力学性能优异，解决了高端外科植入物医用TC4ELI中厚板加工技术难题，满足了高端市 场及患者需求，本发明可实现该类产品大批量的稳定生产。
[0012] 【【附图说明】】 图1为本发明获得成品的横向组织； 图2为本发明获得另一成品的横向组织； 图3为本发明对比例获得成品的横向组织。
[0013]【【具体实施方式】】 通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例； 本发明所述的一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，具体操作步骤如下： 一、铸锭熔炼： 首先选用零级小颗粒海绵钛、铝钒中间合金、铝豆及纯度大于99. 5%的二氧化钛粉进 行配料及压制电极，然后使用真空等离子焊箱进行电极组焊，对组焊后的电极采用真空自 耗电弧炉进行三次熔炼，然后将铸锭冒口切除并在车床上进行扒皮； 二、 板坯制作： 接上步，将钛合金0转变温度定义为T0，铸锭需经过全0锻造及a+0锻造，以充 分破碎粗大铸态组织，坯料修磨后进行再a+3锻造，板坯经整形及铣面后成为轧制可用 板坯，板坯低倍组织应达到半清晰晶或模糊晶要求，清晰晶不可接受，板坯高倍组织应为 细小均匀的a+0双相组织，铸态及魏式组织不可接受，板坯超声波探伤检验不低于GB/ T5193-2007标准A级，其中全0锻造坯料加热温度为TP+(50~180)°C，进行两次或以上 墩拔处理，火次总变形量控制为120~300%，a+ 0锻造坯料加热温度为T0 - (20~60) °C， 进行两墩两拔，火次总变形量控制为120~200% ; 三、 一火轧制： 接上步，一火坯料加热温度为T0 - (20~60) °C，保温时间以1. 6±0. 2min/mm计算，一 火道次变形率在5~25%之间，一火轧程变形率控制为40~85%，经6~12道次轧至一火 目标厚度； 四、 中间修磨： 接上步，一火板经扒皮、抛光修磨见金属色，并去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂 直于一火轧制方向； 五、 二火轧制： 接上步，二火轧制方向垂直于一火轧制方向，二火坯料加热温度低于一火加热温度 20~60°C，保温时间以1. 3±0. 2min/mm计算，二火道次变形率在5~20%之间，二火轧程 变形率控制为40~70%，经4~8道次轧至目标厚度； 六、 热处理： 接上步，采用大气气氛进行退火，退火板材可叠放装炉，但叠放总厚度应< 80mm，退火 板材装炉温度< 700°C，在装炉温度下预热1~3小时后，升温至T0 - (40~140) °C退火温度 进行保温，保温时间为1~3h，保温结束后慢冷至< 700°C，慢冷冷却速率< 2°C/min，然后 出炉空冷，若大气退火后钛板板形不良，则在< 650°C温度下进行压矫形退火； 七、 表面处理： 接上步，采用碱酸洗、喷砂酸洗或砂光方法进行表面处理，去除表面氧化层及缺陷获得 外科植入物医用TC4ELI钛合金中厚板。
[0014] 本发明采用全过程工艺设计理念，通过综合控制原材料板坯锻造工艺、板材轧制 工艺及热处理工艺，实现A1~A3级组织外科植入物医疗TC4ELI中厚板制备，解决了高端 外科植入物医用TC4ELI中厚板加工技术难题，专利工艺路线新颖，并可实现大批量稳定生 产，且组织及综合力学性能优异。采用本专利技术加工的TC4ELI钛合金中厚板完全满足 GB/T13810-2007和ASTMF136标准要求，同样适用于TC4钛合金中厚板加工，产品可满足 GB/T13810-2007、ISO5832-3 及ASTMF1472 标准要求。
[0015] 本发明具有以下创新点及优点： 1、 工艺路线新颖，首次采用全过程工艺设计理念，从板坯锻造工艺、板材轧制工艺及热 处理工艺三方综合控制获得最佳组