一種優質外科植入物tc4eli鈦合金薄板的加工方法
【專利說明】一種優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法
[0001]【技術領域】 本發明涉及一種TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，具體涉及一種優質外科植入物 TC4ELI鈦合金薄板的加工方法。
[0002] 【【背景技術】】 已知的，鈦合金具有密度小、強度高、韌性好、彈性模量低、耐腐蝕、生物相容性好等優 點，在外科植入物醫用領域應用廣泛，TC4ELI鈦合金因具有較好的強度及耐磨性能，是外科 植入物鈦合金重要產品之一，TC4ELI鈦合金薄板是接骨板、弧形板、夾板等制品重要原材 料供應形式，GB/T 13810《外科植入物用鈦及鈦合金加工材》要求外科植入物TC4ELI薄板 織滿足Al~A9級，越接近Al級組織越細小、均勻，等軸性越佳，其制品綜合性能及使用壽 命越好，但現有技術一般僅能獲得A4~A9級組織，批量生產穩定獲得Al~A2級組織較 為困難，隨著外科植入物生產商及患者對TC4ELI產品組織要求越來越嚴格，A4~A9級組 織已不能滿足高端市場及患者需求，因此如何獲得Al~A2級組織是生產優質外科植入物 TC4ELI鈦合金薄板、滿足高端市場需求的關鍵。
[0003] 【
【發明內容】
】 為克服【背景技術】中存在的不足，本發明提供了一種優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄 板的加工方法，本發明可大批量穩定生產獲得Al~A2級組織，且綜合力學性能優異，本發 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，將TC4ELI薄板組織穩定控制在Al~A2級，滿足了高端市場及患者的需求。
[0004] 為實現如上所述的發明目的，本發明采用如下所述的技術方案： 一種優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，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，將組焊后的電極進行熔煉，然后將鑄錠冒口切除并進行扒皮，鑄錠氧含 量質量分數控制在〇. 07~0. 12% ; 二、 板坯制作： 接上步，鈦合金β轉變溫度定義為T β，鑄錠需經過兩火次β鍛造，以使粗大鑄態組織 得到充分破碎，其中第一火次β鍛造坯料加熱溫度為T β+(40~180) °C，第二火次β鍛造 坯料加熱溫度在第一火次加熱溫度基礎上降低20~KKTC，但應高于Τβ，每火次β鍛造 應進行兩次或以上墩拔處理，火次總變形量控制在120~300%，毛坯經整形及銑面后成為 軋制可用板坯，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，一火還料加熱溫度為Τβ +(10~20) °C，保溫時間以I. 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6~12道次軋至一火 目標厚度； 四、 中間修磨： 接上步，一火板經扒皮、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，二火坯料加熱溫度為T β - (20~60) °C， 保溫時間以I. 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40~75%，經4~8道次軋至目標厚度，根據成品目標厚度不同，當需要進行三火軋制時， 軋制方向應與二火軋制方向平行，坯料加熱溫度低于二火20~40°C，其它工藝參數與二火 軋制相同，火次間需進行表面處理，去除表面缺陷； 六、 半成品熱處理： 接上步，對熱軋半成品進行退火軟化熱處理，退火溫度750~820°C，保溫時間30~ 60min，保溫結束后出爐空冷，半成品熱處理后，進行堿酸洗或噴砂酸洗及修磨處理，去除表 面氧化皮及缺陷； 七、 冷軋： 接上步，經軟化熱處理及表面處理的熱軋坯料經過1次或以上冷軋軋程，加工至0. 8~ 4. 75mm成品薄板厚度，每軋程冷軋道次變形率彡8%、乳程總變形率控制在10~30%之間， 軋程之間進行半成品熱處理及表面處理，處理方法同第六步； 八、 成品熱處理： 接上步，采用大氣氣氛進行成品退火熱處理，退火板材可疊放裝爐，但疊放總厚度應 < 20mm，退火板材裝爐溫度< 700°C，在裝爐溫度下預熱30~60min后，升溫至T β - (60~ 160) °C退火溫度進行保溫，保溫時間為20~60min，保溫結束后慢冷至< 700°C，慢冷冷卻 速率彡2°C /min，然后出爐空冷，若大氣退火后鈦板板形不良，則在彡650°C溫度下進行壓 矯形退火； 九、 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] 所述的優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，所述第一步中二氧化鈦 粉的純度大于99. 5%。
[0006] 所述的優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，所述第一步中電極組焊 是通過真空等離子焊箱進行電極組焊。
[0007] 所述的優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，所述第一步中熔煉是采 用真空自耗電弧爐進行三次熔煉。
[0008] 所述的優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，所述第一步中扒皮通過 車床扒皮。
[0009] 采用如上所述的技術方案，本發明具有如下所述的優越性： 本發明所述的一種優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，本發明可大批量 穩定生產獲得Al~A2級組織，且綜合力學性能優異，本發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，將TC4ELI薄板組織穩定控 制在Al~A2級，并且綜合力學性能優異，解決了優質外科植入物TC4ELI薄板加工技術難 題，滿足了高端市場及患者需求，本發明可實現該類產品大批量穩定生產。
[0010] 【【附圖說明】】 圖1為本發明獲得成品的橫向組織； 圖2為本發明獲得另一成品的橫向組織。
[0011]【【具體實施方式】】 通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，本發明并不局限于下面的實施例； 本發明所述的一種優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板的加工方法，所述方法具體操 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，然后通過真空等離子焊箱進行電極組焊，將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通過車床進行扒皮，鑄錠氧含量質量分數 控制在0· 07~0· 12% ; 二、 板坯制作： 接上步，鈦合金β轉變溫度定義為T β，鑄錠需經過兩火次β鍛造，以使粗大鑄態組織 得到充分破碎，其中第一火次β鍛造坯料加熱溫度為T β+(40~180) °C，第二火次β鍛造 坯料加熱溫度在第一火次加熱溫度基礎上降低20~KKTC，但應高于Τβ，每火次β鍛造 應進行兩次或以上墩拔處理，火次總變形量控制在120~300%，毛坯經整形及銑面后成為 軋制可用板坯，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，一火還料加熱溫度為Τβ +(10~20) °C，保溫時間以I. 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6~12道次軋至一火 目標厚度； 四、 中間修磨： 接上步，一火板經扒皮、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，二火坯料加熱溫度為T β - (20~60) °C， 保溫時間以I. 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40~75%，經4~8道次軋至目標厚度，根據成品目標厚度不同，當需要進行三火軋制時， 軋制方向應與二火軋制方向平行，坯料加熱溫度低于二火20~40°C，其它工藝參數與二火 軋制相同，火次間需進行表面處理，去除表面缺陷； 六、 半成品熱處理： 接上步，對熱軋半成品進行退火軟化熱處理，退火溫度750~820°C，保溫時間30~ 60min，保溫結束后出爐空冷，半成品熱處理后，進行堿酸洗或噴砂酸洗及修磨處理，去除表 面氧化皮及缺陷； 七、 冷軋： 接上步，經軟化熱處理及表面處理的熱軋坯料經過1次或以上冷軋軋程，加工至0. 8~ 4. 75mm成品薄板厚度，每軋程冷軋道次變形率彡8%、乳程總變形率控制在10~30%之間， 軋程之間進行半成品熱處理及表面處理，處理方法同第六步； 八、 成品熱處理： 接上步，采用大氣氣氛進行成品退火熱處理，退火板材可疊放裝爐，但疊放總厚度應 < 20mm，退火板材裝爐溫度< 700°C，在裝爐溫度下預熱30~60min后，升溫至T β - (60~ 160) °C退火溫度進行保溫，保溫時間為20~60min，保溫結束后慢冷至< 700°C，慢冷冷卻 速率彡2°C /min，然后出爐空冷，若大氣退火后鈦板板形不良，則在彡650°C溫度下進行壓 矯形退火； 九、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，具 體依客戶要求采用合適的方法。
[0012] 本發明采用全過程工藝設計理念，通過制定合理的工藝路線及綜合控制板坯鍛 造、板材軋制及熱處理工藝工藝參數，使TC4ELI鈦合金薄板組織達到Al~A2級，且綜合 力學性能優異，實現了優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板制備。本發明解決了優質外科 植入物TC4ELI薄板加工技術難題，組織及綜合力學性能優異，并可實現大批量穩定生產， 滿足了高端市場及患者需求。采用本專利技術加工的TC4ELI鈦合金薄板完全滿足GB/ T 13810-2007和ASTM F136標準要求，同樣適用于TC4鈦合金薄加工，產品可滿足GB/T 13810-2007、ISO 5832-3 及 ASTM F1472 標準要求。
[0013] 本發明具有以下創新點及優點： 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織及力學性能的優質外科植入物TC4ELI鈦合金薄板； 2、 成品熱處理工藝新穎，采用新型"Τ β - (60~160) °C高溫退火+慢冷"熱處理工藝， 取代傳統的"700~820°