一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法与流程

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法。

背景技术：

ti6al4v和纯钛等钛及钛合金由于具有低的弹性模量、合适的强度，优越的抗疲劳性能和生物相容性等特点，被作为生物医用材料广泛使用。随着医疗水平的提高，弹性模量为110gpa钛合金因为“应力屏蔽”等原因，已不能满足骨替换产品的更高要求，而低弹性模量的ti-nb-ta-zr等β型钛合金棒材被快速开发。但ti-nb-ta-zr系列钛合金因含有大量的nb、ta、zr等稀有贵金属，且熔炼困难，未能规模开展应用。ti-mo系合金最低弹性模量约为50gpa，是理想的植入材料。传统工艺认为，此类合金需要在β相区加工，但变形量不够时，得到的组织不均匀。因此，开发弹性模量低，成分、组织均匀的ti-15mo钛合金棒材产品对我国医用合金材料的发展有极大的推进作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法，解决了现有方法难以稳定生产出组织细小、性能稳定的β型钛合金的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，中间坯精锻：

选取纵、横向组织均匀的ti15mo钛合金锻坯，大气气氛下，在β转变温度以下加热，充分保温，采用一火次多道次加工，锻造为轧制坯料；

步骤2，棒坯轧制：

将步骤1得到的轧制坯料，大气气氛下，在β转变温度以下加热，充分保温，采用一火次多道次热轧轧制至成品棒坯；

步骤3，棒材精整：

将步骤2轧制后的棒材，经矫直磨削加工至成品尺寸，即得到组织均匀的ti15mo钛合金棒材。

本发明的特点还在于，

步骤1中加热温度为β转变温度以下50℃～80℃，保温时间至少为70min。

步骤1中道次变形量为15％～30％，累积变形量为40％～72％。

步骤1锻造后对坯料进行水冷。

步骤2中加热温度为β转变温度以下80℃～110℃，至少保温60min。

步骤2中道次变形量为18％～35％，累积变形量为85％～96％。

步骤2轧制后对棒坯进行空冷。

步骤3中矫直温度为β转变温度以下30℃～50℃。

本发明的有益效果是，一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法，通过连续在相变点下锻造和轧制，控制单火次大变形，来改善棒材的组织均匀性。采用本发明方法制备得到ti15mo钛合金棒材，比常规工艺得到的横向组织均匀，并且晶粒细小，满足生物医疗棒材无毒性、低弹性模量的要求。

附图说明

图1是本发明制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织低倍图；

图2是本发明制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织高倍图；

图3是传统β相区加工制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织低倍图；

图4是传统β相区加工制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织高倍图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法，具体包括以下步骤：

步骤1，选取规格为φ85～φ95mm，纵、横向组织均匀的ti15mo钛合金锻坯，置于电阻炉中在β转变温度以下50℃～80℃加热，炉内保温时间大于70min，采用1火次多道次锻造，道次变形量为15％～30％，累积变形量为40％～72％，锻后水冷。

步骤2，将经步骤1精锻得到的棒坯在电阻炉中加热，加热温度选择在β转变温度以下80℃～110℃，至少保温60min。在横列式轧机上采用1火次多道次热轧，轧制道次变形量为18％～35％，累积变形量为85％～96％，轧后空冷；轧制棒坯在β转变温度以下30℃～50℃加热、矫直，磨光后即得到成品棒材。

β型钛合金棒材常规工艺认为，在β转变温度以上加工，棒坯塑性良好，变形抗力小，有利于加工成形，但在热加工过程中，坯料会快速失温，导致材料部分变形是在β转变温度以下完成的，这会使材料组织不均匀。

本发明通过对ti15mo钛合金锻坯连续在相变点下锻造和轧制，并控制单火次大变形，改善了棒材的组织均匀性。采用本发明方法制备得到ti15mo钛合金棒材，比常规工艺得到的横向组织均匀，并且晶粒细小，满足生物医疗棒材无毒性、低弹性模量的要求。

图1是采用本发明方法制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织低倍图，从图中可以看出棒材整个横截面的低倍组织均为均匀模糊晶，无晶界和尺寸差异。图2是采用本发明方法制备得到的ti15mo钛合金棒材的横向组织高倍图，从图中可以看出棒材的横向组织细小均匀，α+β相弥散分布。图3、图4分别是传统工艺在β转变温度以上加工得到的棒材的低、高倍组织图。在β转变温度以上加热，加工过程中，材料不断失温，部分变形在β相区完成，部分变形是在β转变温度下完成，会导致棒材组织不均匀。与图1、图2之相比，图3、图4均匀性明显较差。

实施例1

选取规格为φ85mm，纵、横向组织均匀的ti15mo钛合金锻坯，实测β转变温度为750℃。锻坯置于电阻炉中在670℃下加热，炉内保温时间为70min，采用1火次多道次锻造至φ65mm(累积变形量为40％)，道次变形量为15％～24％，锻后马上浸入流水中冷却。冷却至室温的锻坯在电阻炉中加热，加热温度为640℃，保温80min。采用1火次多道次热轧至φ25mm(累积变形量为85％)，道次变形量为18％～32％，轧后空冷，轧制棒坯在720℃加热、矫直，磨光后即得到成品棒材。

实施例2

选取规格为φ95mm，纵、横向组织均匀的ti15mo钛合金锻坯，实测β转变温度为755℃。锻坯置于电阻炉中在β转变温度以下690℃加热，炉内保温时间为100min，采用1火次多道次锻造至φ50mm(累积变形量为72％)，道次变形量为19％～30％，锻后马上浸入流水中冷却。冷却至室温的锻坯在电阻炉中加热，加热温度为660℃，保温60min。采用1火次多道次热轧至φ9.5mm(累积变形量为96％)，轧制道次变形量为20％～35％，轧后空冷，轧制棒坯在720℃下加热、矫直，磨光后即得到成品棒材。

实施例3

选取规格为φ85mm，纵、横向组织均匀的ti15mo钛合金锻坯，实测β转变温度为750℃。锻坯置于电阻炉中在在β转变温度以下700℃加热，炉内保温时间为80min，采用1火次多道次锻造至φ52mm(累积变形量为66％)，道次变形量为17％～29％，锻后马上浸入流水中冷却。冷却至室温的锻坯在电阻炉中加热，加热温度为670℃，保温70min。采用1火次多道次热轧至φ18mm(累积变形量为88％)，道次变形量为20％～34％，轧后空冷，轧制棒坯在700℃下加热、矫直，磨光后即得到成品棒材。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高均匀β型钛合金棒材的加工方法，选取纵、横向组织均匀的Ti15Mo钛合金锻坯，在β转变温度以下加热，采用一火次多道次将棒坯锻造为轧制坯料；然后将轧制坯料在β转变温度以下加热，并进行一火次多道次热轧；最后对其进行加热矫直，磨光，即得到组织均匀的Ti15Mo钛合金棒材。采用本发明方法制备得到的Ti15Mo钛合金棒材，比常规β转变点上加热生产得到的棒材横向组织均匀，并且晶粒细小，满足生物医疗无毒性、低弹性模量的使用要求。

技术研发人员：朱燕丽;侯峰起;田琳;孙小平;李英浩;和永岗;杨辉;韩飞孝;王凯旋;张小航;冯勇
受保护的技术使用者：西部超导材料科技股份有限公司
技术研发日：2017.05.22
技术公布日：2017.09.29