一种Zr-Nb合金棒材及其挤压加工方法与流程

本发明属于锆合金加工技术领域，具体涉及一种zr-nb合金棒材及其挤压加工方法。

背景技术：

zr-2.5nb合金由于其良好的生物相容性、耐磨性、低弹性模量以及优良的耐蚀和耐磨性能等优点，在生物医用领域得到迅速发展，可用于制造人体植入用关节等。生物植入用zr-2.5nb合金对晶粒度要求较高，一般要求晶粒度不小于10级且要求高组织均匀性。

目前，在锆及其合金加工领域，主要的生产工艺主要为管材挤压、板材轧制制备；而对于高组织均匀性、高晶粒度要求的zr-2.5nb合金棒材，尚未有成熟制备方法。自由锻造变形中合金受压应力方向较少，而锆及其合金变形塑性很好，采用自由锻造工艺加工时金属容易流动，造成组织不均匀，且组织晶粒度难以达到生物植入医用zr-2.5nb合金晶粒细化度要求；采用挤压加工工艺时由于物料受三向压应力影响，组织破碎程度强，更加容易获得组织细小、均匀的组织，但在zr-2.5nb合金挤压生产方面，如何设置合理的挤压加工工艺，获得满足生物医用晶粒度、组织均匀性要求的合金棒材成为zr-2.5nb合金制备的关键技术之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，该方法加工出来的zr-2.5nb合金棒材组织均匀细小，力学性能优异，且具有良好的耐腐蚀性及生物相容性。

本发明公开了以下技术方案：一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，包括以下步骤：

(1)预处理，在无表面缺陷的zr-2.5nb坯料外部包裹润滑膜，获得预处理后的zr-2.5nb坯料；

(2)加热，将预处理后的zr-2.5nb坯料加热至挤压温度并保温；

(3)挤压，将加热后的zr-2.5nb坯料按照预设挤压比进行挤压，获得目标规格的zr-2.5nb合金棒材。

进一步地，所述步骤1中的润滑膜为铜膜或者低碳钢膜。

进一步地，所述步骤1中的润滑膜的厚度为0.5mm-2mm。

进一步地，所述步骤2中的挤压温度为600℃-750℃。

进一步地，所述步骤2中的保温时间为60min-180min。

进一步地，所述步骤3中的预设挤压比为6-15。

进一步地，所述步骤3中的目标规格为φ25mm-φ70mm。

本发明还提供了一种zr-2.5nb合金棒材，所述合金棒材由权利要求1-7任一项所述的合金棒材的挤压加工方法制备而成。

进一步地，所述合金棒材的规格为φ25mm-φ70mm，晶粒度评级不低于10级。

因此，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：通过挤压温度以及挤压比控制zr-2.5nb合金棒材组织，根据本发明提供的挤压加工方法挤压得到的zr-2.5nb合金棒材，晶粒度10级及以上水平，且组织均匀、细小。当组织细小、均匀的zr-2.5nb合金棒材在热处理后具有良好的耐蚀性及生物相容性，在人体植入应用时，能够有效减少不均匀磨损，进而提高其使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例制备的φ70mm规格棒材边部高倍组织图；

图2是本发明实施例制备的φ70mm规格棒材心部高倍组织图；

图3是本发明实施例制备的φ50mm规格棒材的边部高倍组织图；

图4是本发明实施例制备的φ50mm规格棒材的心部高倍组织图；

图5是本发明实施例制备的φ25mm规格棒材的边部高倍组织图；

图6是本发明实施例制备的φ25mm规格棒材的心部高倍组织图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明提供了一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，包括以下步骤：

(1)预处理，在无表面缺陷的zr-2.5nb坯料外部包裹润滑膜，获得预处理后的zr-2.5nb坯料；

(2)加热，将预处理后的zr-2.5nb坯料加热至挤压温度并保温；

(3)挤压，将加热后的zr-2.5nb坯料按照预设挤压比进行挤压，获得目标规格的zr-2.5nb合金棒材。

进一步地，所述步骤1中的润滑膜为铜膜或者低碳钢膜。

进一步地，所述步骤1中的润滑膜的厚度为0.5mm-2mm。

进一步地，所述步骤2中的挤压温度为600℃-750℃。

进一步地，所述步骤2中的保温时间为60min-180min。

进一步地，所述步骤3中的预设挤压比为6-15，所述挤压比为挤压前合金棒材的截面面积与挤压后合金棒材截面面积的比值，该挤压比对所得zr-2.5nb合金棒材组织晶粒度及组织均匀性具有重大影响，经合适挤压比挤压的zr-2.5nb棒材组织可充分破碎，组织均匀、细小。

进一步地，所述步骤3中的目标规格为φ25mm-φ70mm，目标规格指的是经挤压、无心车车光或磨光后的光亮棒材规格，所以目标规格与挤压后的规格存在一定差异，该差异根据精整车光或磨光量确定，一般目标规格与挤压规格差为2mm。zr-2.5nb坯料的规格可以根据目标规格以及步骤3中的挤压比确定，选择的zr-2.5nb坯料只要能够满足步骤3中限定的挤压比即可。例如，若目标规格为φ25mm(挤压规格为φ27mm)，挤压比为6，则选择的zr-2.5nb坯料的规格需要φ66mm。

因此，通过挤压温度以及挤压比控制zr-2.5nb合金棒材组织，根据本发明提供的挤压加工方法挤压得到的zr-2.5nb合金棒材，晶粒度10级及以上水平，且组织均匀、细小。组织细小、均匀的zr-2.5nb合金棒材在热处理后具有良好的耐蚀性及生物相容性，在人体植入应用时，能够有效减少不均匀磨损，进而提高其使用寿命。

本发明还提供了一种zr-nb合金棒材，所述合金棒材由权利要求1-7任一项所述的合金棒材的挤压加工方法制备而成。

进一步地，所述合金棒材的规格为φ25mm-φ70mm，晶粒度评级不低于10级。

实施例2：

本发明还提供了一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，包括以下步骤：

(1)选取规格为φ175mmzr-2.5nb坯料，使用低碳钢卷带在该坯料外部包裹0.5～2mm厚的润滑膜；

(2)将步骤1所得预处理后的zr-2.5nb坯料加热至680℃，保温180min；

(3)将步骤2加热后的zr-2.5nb坯料以挤压比为6进行挤压，获得目标规格为φ70mm的zr-2.5nb合金棒材。

实施例2采用加热温度为680℃、挤压比为6进行一火挤压所得φ70mm规格zr-2.5nb合金棒材，组织细小均匀，参见图1和图2，所得zr-2.5nb合金棒材的晶粒度评级为12级。

实施例3：

本发明还提供了一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，包括以下步骤：

(1)选取规格为φ165mmzr-2.5nb坯料，使用低碳钢卷带在该坯料外部包裹0.5～2mm厚的润滑膜；

(2)将步骤1所得预处理后的zr-2.5nb坯料加热至600℃，保温120min；

(3)将步骤2加热后的zr-2.5nb坯料以挤压比为10进行挤压，获得目标规格为φ50mm的zr-2.5nb合金棒材。

实施例3采用加热温度为600℃、挤压比为10进行一火挤压所得φ50mm规格zr-2.5nb合金棒材，组织细小均匀，参见图3和图4，所得zr-2.5nb合金棒材的晶粒度评级为13级。

实施例4：

本发明还提供了一种zr-nb合金棒材的挤压加工方法，包括以下步骤：

(1)选取规格为φ105mmzr-2.5nb坯料，使用紫铜膜在该坯料外部包裹0.5～2mm厚的润滑膜；

(2)将步骤1所得预处理后的zr-2.5nb坯料加热至750℃，保温60minmin；

(3)将步骤2加热后的zr-2.5nb坯料以挤压比为15进行挤压，获得目标规格为φ25mm的zr-2.5nb合金棒材。

实施例4采用加热温度为750℃、挤压比为15进行一火挤压所得φ25mm规格zr-2.5nb合金棒材，组织细小均匀，参见图5和图6，所得zr-2.5nb合金棒材的晶粒度评级为15级。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上面描述的内容，在不脱离其范围可进行各种修改和改变。本发明的范围仅由权利要求来限制。