專利名稱：外科植入物用tc20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種外科植入物用TC20鈦合金小 規(guī)格棒材的制備方法。
背景技術(shù)：
TC20鈦合金的成分為Ti-6Al-7Nb，由瑞士 Sulzer醫(yī)學(xué)技術(shù)公司開發(fā)，并于1985 年開始臨床應(yīng)用。作為第二代醫(yī)用鈦合金，與第一代Ti-6Al-4V合金相比采用細(xì)胞適應(yīng)性 好的Nb元素代替有毒的V元素，很大程度上提高了該合金在人體環(huán)境中的安全性。由于 TC20合金不但具有良好的生物和力學(xué)相容性，而且具有與Ti-6A1-4V合金相似的力學(xué)性 能。近年來，該合金被廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，成為外科植入物用器件的首選材料，如脊椎 矯形器件、接骨螺釘、髓內(nèi)釘?shù)取?目前，外科植入物用TC20鈦合金棒材工藝的規(guī)格為①25mm左右。隨著變形量的 不斷增大，即棒材規(guī)格的不斷減小，組織中晶粒的二次再結(jié)晶趨勢越大，組織均勻性控制越 困難。現(xiàn)有的鈦合金棒材的制備工藝過程是棒坯1火精鍛，棒坯2火精鍛。鍛造加熱火次 為2火次，總變形量約為64%，只能制備出直徑在①25mm左右的TC20鈦合金棒材。由于鍛 造工藝總變形量小，鍛造方式較為簡單，不能充分破碎棒坯心部的鑄態(tài)組織，其合金組織從 邊緣到中心部，不同部位顯微組織均勻性較差，所以達(dá)不到TC20鈦合金小規(guī)格棒材組織均 勻性方面的要求，采用這種方式就不適用于①8mm-①12mm更小規(guī)格的棒材的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種外科植入物用TC20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法，制 得的①8mm-①12mm小規(guī)格鈦合金棒材組織均勻性好。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，外科植入物用TC20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法，
按以下步驟進(jìn)行 步驟1. 取規(guī)格為0 90的鈦合金棒坯，在精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度為949-979°C， 保溫時(shí)間為60min-70min，變形量為25% ，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，空冷，得到精鍛后的棒坯；
步驟2. 將步驟1得到的精鍛后的棒坯通過軋機(jī)進(jìn)行軋制，轉(zhuǎn)速為975r/min，軋制過程中 依次通過①45mm圓形、41 X 41mm方形、38 X 38mm方形、30 X 30mm方形、42mm扁形、23 X 23mm 方形、35mm扁形、16X16mm方形、26mm扁形、①16mm圓形、23mm扁形、8. 5X8. 5-12. 5X12. 5 方形、14-20扁形、①8-①12mm圓形的孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，其中棒坯軋制過程中溫度為 940°C -97(TC，保溫時(shí)間為40min-50min，軋制完成后空冷，即得。
本發(fā)明的特征還在于，
精鍛機(jī)采用SKK-10型精鍛機(jī)。
軋機(jī)采用ZC250三架橫列式軋機(jī)。
本發(fā)明的制備方法，采用合適的溫度和變形量，對TC20鈦合金大規(guī)格棒坯在兩相 區(qū)進(jìn)行精鍛，精鍛完成后采用不同的軋制孔型進(jìn)行軋制，使棒坯邊緣和心部變形充分、均 勻，最終使TC20鈦合金棒坯粗大的組織變的均勻細(xì)小，以獲得優(yōu)異的各部位均勻的組織， 制得的①8mm-①12mm小規(guī)格鈦合金棒材滿足使用標(biāo)準(zhǔn)要求，并且具有優(yōu)異的不同爐批次 的批次穩(wěn)定性，適用于工業(yè)化批量穩(wěn)定生產(chǎn)。


圖1是采用本發(fā)明實(shí)施例1制得的TC20鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片，其 中，a是邊緣處組織照片，b是中心處組織照片； 圖2是采用本發(fā)明實(shí)施例2制得的TC20鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片，其 中，a是邊緣處組織照片，b是中心處組織照片； 圖3是采用本發(fā)明實(shí)施例3制得的TC20鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片，其 中，a是邊緣處組織照片，b是中心處組織照片； 圖4是采用傳統(tǒng)工藝制得的TC20鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片，其中，a是 邊緣處組織照片，b是中心處組織照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 現(xiàn)有的直徑在①25mm左右的TC20鈦合金棒材制備工藝為棒坯1火精鍛，棒坯2 火精鍛。鍛造加熱火次為2火次，總變形量約為64%。該鍛造工藝總變形量小，鍛造方式 較為簡單，不能充分破碎棒坯心部的鑄態(tài)組織，尤其是TC20小尺寸規(guī)格鈦合金棒材，其制 備得到的TC20鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片如圖4所示，可以看出，合金組織從邊緣 到中心部，不同部位顯微組織均勻性較差。該鍛造工藝無法滿足。8. 0mm-①12. Omm規(guī)格的 TC20鈦合金棒材的組織要求。 本發(fā)明的外科植入物用TC20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法，具體按照以下步驟 進(jìn)行 步驟1.棒坯精鍛 取規(guī)格為0 90的鈦合金棒坯，在SKK-10精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度在 949-979t:，保溫時(shí)間為60min-70min，變形量為25% ，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，冷卻方式采用
空冷，得到精鍛后的棒坯；
步驟2.棒坯軋制 將步驟1得到的精鍛后的棒坯進(jìn)行軋制，選用軋機(jī)為ZC250三架橫列式軋機(jī)， 額定功率為215KW，轉(zhuǎn)速為975r/min，軋制過程中依次通過①45mm圓形、41 X41mm方形、 38X 38mm方形、30X 30mm方形、42mm扁形、23X 23mm方形、35mm扁形、16X 16mm方形、26mm 扁形、①16mm圓形、23mm扁形、8. 5X8. 5-12. 5X12. 5方形、14_20扁形、①8-①12mm圓形的 孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，其中棒坯軋制過程中溫度為940°C -97(rC，保溫時(shí)間為40min-50min， 軋制完成后選擇空冷冷卻，即得。
實(shí)施例1 : 取規(guī)格為0 90的鈦合金棒坯，在SKK-10精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度在979°C ，保溫時(shí)間為60min，變形量為25% ，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，冷卻方式采用空冷，得到 精鍛后的棒坯；將棒坯進(jìn)行軋制，選用軋機(jī)為ZC250三架橫列式軋機(jī)，額定功率為215KW，轉(zhuǎn) 速為975r/min，軋制過程中依次通過①45mm圓形、41X41mm方形、38X38mm方形、30X30mm 方形、42mm扁形、23 X 23mm方形、35mm扁形、16 X 16mm方形、26mm扁形、①16mm圓形、23mm扁 形、12. 5X12. 5mm方形、20mm扁形、①12mm圓形的孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，棒坯軋制過程中溫度 為970°C ，保溫時(shí)間為50min，軋制完成后選擇空冷冷卻，即得①12mm的鈦合金小規(guī)格棒材。
制得的①12mm的鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片如圖1中的a、b所示，顯微組 織全部為典型的雙態(tài)組織，從邊緣到心部的不同部位顯微組織較均勻，說明棒坯鍛造變形 均勻充分。
實(shí)施例2 : 取規(guī)格為0 90的鈦合金棒坯，在SKK-10精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度在 969t:，保溫時(shí)間為70min，變形量為25 % ，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，冷卻方式采用空冷，得到 精鍛后的棒坯；將棒坯進(jìn)行軋制，選用軋機(jī)為ZC250三架橫列式軋機(jī)，額定功率為215KW，轉(zhuǎn) 速為975r/min，軋制過程中依次通過①45mm圓形、41X41mm方形、38X38mm方形、30X30mm 方形、42mm扁形、23 X 23mm方形、35mm扁形、16 X 16mm方形、26mm扁形、①16mm圓形、23mm扁 形、10. 5 X 10. 5mm方形、17mm扁形、①10mm圓形的孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，棒坯軋制過程中溫度 為940°C ，保溫時(shí)間為45min，軋制完成后選擇空冷冷卻，即得①10mm的鈦合金小規(guī)格棒材。
制得的①lOmm的鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片如圖2中的a、b所示，顯微組 織全部為a+P組織，初生a相成細(xì)小等軸狀，從邊緣到心部的不同部位顯微組織較均勻。
實(shí)施例3: 取規(guī)格為0 90的鈦合金棒坯，在SKK-10精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度在 949t:，保溫時(shí)間為65min，變形量為25 % ，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，冷卻方式采用空冷，得到 精鍛后的棒坯；將棒坯進(jìn)行軋制，選用軋機(jī)為ZC250三架橫列式軋機(jī)，額定功率為215KW，轉(zhuǎn) 速為975r/min，軋制過程中依次通過①45mm圓形、41X41mm方形、38X38mm方形、30X30mm 方形、42mm扁形、23 X 23mm方形、35mm扁形、16 X 16mm方形、26mm扁形、①16mm圓形、23mm扁 形、8. 5X8. 5mm方形、14mm扁形、①8mm圓形的孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，棒坯軋制過程中溫度為 95(TC，保溫時(shí)間為40min，軋制完成后選擇空冷冷卻，即得①8mm的鈦合金小規(guī)格棒材。
制得的①8mm的鈦合金小規(guī)格棒材的高倍組織照片如圖3中的a、 b所示，合金組 織中初生a相成彌撒分布的細(xì)小等軸狀，組織從邊緣到心部的不同部位顯微組織較均勻。
所以可以得出，采用本發(fā)明的制備方法可以得到組織均勻性較好的①8mm-①12mm TC20鈦合金小規(guī)格棒材。
權(quán)利要求
一種外科植入物用TC20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行步驟1.取規(guī)格為Φ90的鈦合金棒坯，在精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度為949-979℃，保溫時(shí)間為60min-70min，變形量為25％，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，空冷，得到精鍛后的棒坯；步驟2.將步驟1得到的精鍛后的棒坯通過軋機(jī)進(jìn)行軋制，轉(zhuǎn)速為975r/min，軋制過程中依次通過Φ45mm圓形、41×41mm方形、38×38mm方形、30×30mm方形、42mm扁形、23×23mm方形、35mm扁形、16×16mm方形、26mm扁形、Φ16mm圓形、23mm扁形、8.5×8.5-12.5×12.5方形、14-20扁形、Φ8-Φ12mm圓形的孔型進(jìn)行交錯(cuò)軋制，其中棒坯軋制過程中溫度為940℃-970℃，保溫時(shí)間為40min-50min，軋制完成后空冷，即得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述精鍛機(jī)采用SKK-10型精鍛機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述軋機(jī)采用ZC250三架橫列式軋機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種外科植入物用TC20鈦合金小規(guī)格棒材的制備方法，取規(guī)格為Φ90的鈦合金棒坯，在精鍛機(jī)上進(jìn)行鍛造，鍛造加熱溫度為949-979℃，保溫時(shí)間為60min-70min，變形量為25％，精鍛結(jié)束后進(jìn)行矯直，空冷，得到精鍛后的棒坯；然后通過軋機(jī)進(jìn)行軋制，轉(zhuǎn)速為975r/min，進(jìn)行交錯(cuò)軋制，其中棒坯軋制過程中溫度為940℃-970℃，保溫時(shí)間為40min-50min，軋制完成后空冷，即得。本發(fā)明的制備方法，對TC20鈦合金大規(guī)格棒坯在兩相區(qū)進(jìn)行精鍛，精鍛完成后采用不同的軋制孔型進(jìn)行軋制，使棒坯邊緣和心部變形充分、均勻，制得的小規(guī)格鈦合金棒材滿足使用標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號B21K23/00GK101773978SQ20091025455
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者侯艷榮, 馮勇, 劉向宏, 張豐收, 張奕, 徐廣勝, 徐鐵偉, 王富, 王永哲, 王飛云 申請人:西部超導(dǎo)材料科技有限公司