专利名称：外科植入物用tc20钛合金小规格棒材的制备方法
技术领域：
本发明属于有色金属材料加工技术领域，涉及一种外科植入物用TC20钛合金小 规格棒材的制备方法。
背景技术：
TC20钛合金的成分为Ti-6Al-7Nb，由瑞士 Sulzer医学技术公司开发，并于1985 年开始临床应用。作为第二代医用钛合金，与第一代Ti-6Al-4V合金相比采用细胞适应性 好的Nb元素代替有毒的V元素，很大程度上提高了该合金在人体环境中的安全性。由于 TC20合金不但具有良好的生物和力学相容性，而且具有与Ti-6A1-4V合金相似的力学性 能。近年来，该合金被广泛地应用在医疗领域，成为外科植入物用器件的首选材料，如脊椎 矫形器件、接骨螺钉、髓内钉等。 目前，外科植入物用TC20钛合金棒材工艺的规格为①25mm左右。随着变形量的 不断增大，即棒材规格的不断减小，组织中晶粒的二次再结晶趋势越大，组织均匀性控制越 困难。现有的钛合金棒材的制备工艺过程是棒坯1火精锻，棒坯2火精锻。锻造加热火次 为2火次，总变形量约为64%，只能制备出直径在①25mm左右的TC20钛合金棒材。由于锻 造工艺总变形量小，锻造方式较为简单，不能充分破碎棒坯心部的铸态组织，其合金组织从 边缘到中心部，不同部位显微组织均匀性较差，所以达不到TC20钛合金小规格棒材组织均 匀性方面的要求，采用这种方式就不适用于①8mm-①12mm更小规格的棒材的制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种外科植入物用TC20钛合金小规格棒材的制备方法，制 得的①8mm-①12mm小规格钛合金棒材组织均匀性好。 本发明所采用的技术方案是，外科植入物用TC20钛合金小规格棒材的制备方法，
按以下步骤进行 步骤1. 取规格为0 90的钛合金棒坯，在精锻机上进行锻造，锻造加热温度为949-979°C， 保温时间为60min-70min，变形量为25% ，精锻结束后进行矫直，空冷，得到精锻后的棒坯；
步骤2. 将步骤1得到的精锻后的棒坯通过轧机进行轧制，转速为975r/min，轧制过程中 依次通过①45mm圆形、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圆形、23mm扁形、8. 5X8. 5-12. 5X12. 5 方形、14-20扁形、①8-①12mm圆形的孔型进行交错轧制，其中棒坯轧制过程中温度为 940°C -97(TC，保温时间为40min-50min，轧制完成后空冷，即得。
本发明的特征还在于，
精锻机采用SKK-10型精锻机。
轧机采用ZC250三架横列式轧机。
本发明的制备方法，采用合适的温度和变形量，对TC20钛合金大规格棒坯在两相 区进行精锻，精锻完成后采用不同的轧制孔型进行轧制，使棒坯边缘和心部变形充分、均 匀，最终使TC20钛合金棒坯粗大的组织变的均匀细小，以获得优异的各部位均匀的组织， 制得的①8mm-①12mm小规格钛合金棒材满足使用标准要求，并且具有优异的不同炉批次 的批次稳定性，适用于工业化批量稳定生产。
图1是采用本发明实施例1制得的TC20钛合金小规格棒材的高倍组织照片，其 中，a是边缘处组织照片，b是中心处组织照片； 图2是采用本发明实施例2制得的TC20钛合金小规格棒材的高倍组织照片，其 中，a是边缘处组织照片，b是中心处组织照片； 图3是采用本发明实施例3制得的TC20钛合金小规格棒材的高倍组织照片，其 中，a是边缘处组织照片，b是中心处组织照片； 图4是采用传统工艺制得的TC20钛合金小规格棒材的高倍组织照片，其中，a是 边缘处组织照片，b是中心处组织照片。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。 现有的直径在①25mm左右的TC20钛合金棒材制备工艺为棒坯1火精锻，棒坯2 火精锻。锻造加热火次为2火次，总变形量约为64%。该锻造工艺总变形量小，锻造方式 较为简单，不能充分破碎棒坯心部的铸态组织，尤其是TC20小尺寸规格钛合金棒材，其制 备得到的TC20钛合金小规格棒材的高倍组织照片如图4所示，可以看出，合金组织从边缘 到中心部，不同部位显微组织均匀性较差。该锻造工艺无法满足。8. 0mm-①12. Omm规格的 TC20钛合金棒材的组织要求。 本发明的外科植入物用TC20钛合金小规格棒材的制备方法，具体按照以下步骤 进行 步骤1.棒坯精锻 取规格为0 90的钛合金棒坯，在SKK-10精锻机上进行锻造，锻造加热温度在 949-979t:，保温时间为60min-70min，变形量为25% ，精锻结束后进行矫直，冷却方式采用
空冷，得到精锻后的棒坯；
步骤2.棒坯轧制 将步骤1得到的精锻后的棒坯进行轧制，选用轧机为ZC250三架横列式轧机， 额定功率为215KW，转速为975r/min，轧制过程中依次通过①45mm圆形、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圆形、23mm扁形、8. 5X8. 5-12. 5X12. 5方形、14_20扁形、①8-①12mm圆形的 孔型进行交错轧制，其中棒坯轧制过程中温度为940°C -97(rC，保温时间为40min-50min， 轧制完成后选择空冷冷却，即得。
实施例1 : 取规格为0 90的钛合金棒坯，在SKK-10精锻机上进行锻造，锻造加热温度在979°C ，保温时间为60min，变形量为25% ，精锻结束后进行矫直，冷却方式采用空冷，得到 精锻后的棒坯；将棒坯进行轧制，选用轧机为ZC250三架横列式轧机，额定功率为215KW，转 速为975r/min，轧制过程中依次通过①45mm圆形、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圆形、23mm扁 形、12. 5X12. 5mm方形、20mm扁形、①12mm圆形的孔型进行交错轧制，棒坯轧制过程中温度 为970°C ，保温时间为50min，轧制完成后选择空冷冷却，即得①12mm的钛合金小规格棒材。
制得的①12mm的钛合金小规格棒材的高倍组织照片如图1中的a、b所示，显微组 织全部为典型的双态组织，从边缘到心部的不同部位显微组织较均匀，说明棒坯锻造变形 均匀充分。
实施例2 : 取规格为0 90的钛合金棒坯，在SKK-10精锻机上进行锻造，锻造加热温度在 969t:，保温时间为70min，变形量为25 % ，精锻结束后进行矫直，冷却方式采用空冷，得到 精锻后的棒坯；将棒坯进行轧制，选用轧机为ZC250三架横列式轧机，额定功率为215KW，转 速为975r/min，轧制过程中依次通过①45mm圆形、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圆形、23mm扁 形、10. 5 X 10. 5mm方形、17mm扁形、①10mm圆形的孔型进行交错轧制，棒坯轧制过程中温度 为940°C ，保温时间为45min，轧制完成后选择空冷冷却，即得①10mm的钛合金小规格棒材。
制得的①lOmm的钛合金小规格棒材的高倍组织照片如图2中的a、b所示，显微组 织全部为a+P组织，初生a相成细小等轴状，从边缘到心部的不同部位显微组织较均匀。
实施例3: 取规格为0 90的钛合金棒坯，在SKK-10精锻机上进行锻造，锻造加热温度在 949t:，保温时间为65min，变形量为25 % ，精锻结束后进行矫直，冷却方式采用空冷，得到 精锻后的棒坯；将棒坯进行轧制，选用轧机为ZC250三架横列式轧机，额定功率为215KW，转 速为975r/min，轧制过程中依次通过①45mm圆形、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圆形、23mm扁 形、8. 5X8. 5mm方形、14mm扁形、①8mm圆形的孔型进行交错轧制，棒坯轧制过程中温度为 95(TC，保温时间为40min，轧制完成后选择空冷冷却，即得①8mm的钛合金小规格棒材。
制得的①8mm的钛合金小规格棒材的高倍组织照片如图3中的a、 b所示，合金组 织中初生a相成弥撒分布的细小等轴状，组织从边缘到心部的不同部位显微组织较均匀。
所以可以得出，采用本发明的制备方法可以得到组织均匀性较好的①8mm-①12mm TC20钛合金小规格棒材。
权利要求
一种外科植入物用TC20钛合金小规格棒材的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行步骤1.取规格为Φ90的钛合金棒坯，在精锻机上进行锻造，锻造加热温度为949-979℃，保温时间为60min-70min，变形量为25％，精锻结束后进行矫直，空冷，得到精锻后的棒坯；步骤2.将步骤1得到的精锻后的棒坯通过轧机进行轧制，转速为975r/min，轧制过程中依次通过Φ45mm圆形、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圆形、23mm扁形、8.5×8.5-12.5×12.5方形、14-20扁形、Φ8-Φ12mm圆形的孔型进行交错轧制，其中棒坯轧制过程中温度为940℃-970℃，保温时间为40min-50min，轧制完成后空冷，即得。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精锻机采用SKK-10型精锻机。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧机采用ZC250三架横列式轧机。
全文摘要
本发明公开了一种外科植入物用TC20钛合金小规格棒材的制备方法，取规格为Φ90的钛合金棒坯，在精锻机上进行锻造，锻造加热温度为949-979℃，保温时间为60min-70min，变形量为25％，精锻结束后进行矫直，空冷，得到精锻后的棒坯；然后通过轧机进行轧制，转速为975r/min，进行交错轧制，其中棒坯轧制过程中温度为940℃-970℃，保温时间为40min-50min，轧制完成后空冷，即得。本发明的制备方法，对TC20钛合金大规格棒坯在两相区进行精锻，精锻完成后采用不同的轧制孔型进行轧制，使棒坯边缘和心部变形充分、均匀，制得的小规格钛合金棒材满足使用标准要求。
文档编号B21K23/00GK101773978SQ20091025455
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者侯艳荣, 冯勇, 刘向宏, 张丰收, 张奕, 徐广胜, 徐铁伟, 王富, 王永哲, 王飞云 申请人:西部超导材料科技有限公司