本发明高性能高精度生物钛合金棒材的制备工艺属于材料加工技术领域，特别是医用金属材料的加工。其主要步骤包括：(1)原料制备选用小颗粒海绵钛制做电极；(2)锻造加工：分为加热和锻造步骤，并且加热是将铸锭在电阻炉中加热，(3)轧制加工：采用加温逐次变形的方法进行加工，(4)热处理：采用自动温控箱式电阻炉对已经获取的棒材进行热处理，(5)温加工：采用温加工的方式对棒材较直，(6)截取合格尺寸棒材：采用拔皮机无芯磨床进行机械加工，获取高性能高精度钛合金棒材。本发明以解决材料高倍金相组织的可控化、精确化为切入点，进行了多次反复的实验工作，满足了医疗器械在生物体中不同体位的性能要求，达到各项系数的精准化、可控化。
1.高性能高精度生物钛合金棒材的制备工艺，其特征是包括如下步骤：(1)原料制备：选用小颗粒海绵钛制做电极，在真空度≤10Pa的等离子真空焊箱中焊接电极，采用真空自耗电弧炉进行两次熔炼为钛铸锭；
(2)锻造加工：分为加热和锻造步骤，并且加热是 将铸锭在电阻炉中加热，按照下表控制温度：
装炉温度 装炉温度后的预 热时间(分钟) 加热升温中预热 时间(分钟) 加热温度下保温 时间(分钟) 850℃～880℃ 50 60 45～50 锻造采用空气锤上加工并按照如下表控制变形量获取去氧化皮光棒：(3)轧制加工：采用加温逐次变形的方法进行加工，并按照下述表控制坯料在电阻炉中加热温度：
装炉温度 加热温度 终轧温度 850℃～880℃ 920℃～930℃ 880℃ 用横列式棒材轧机进行轧制并按照下表控制温度和变形量、按照下述加热时间表控制加热时间并轧制获取棒材：
加热温度 终轧温度 加工道次 总变形率％ 备 注 920℃～930 ℃ 880℃ 9-12次 70～75 采用一次加温多次变形的 工艺
装炉温度℃ 装炉温度下的预热 时间(分钟) 加热升温中预热 时间(分钟) 加热温度下保温 时间(分钟)
800℃～850 ℃ 90 100 70-80 (4)热处理：采用自动温控箱式电阻炉对已经获取的棒材进行热处理，退火工艺按照下表工艺条件实施：
(5)温加工：采用温加工的方式对棒材校 直，并且温加工加热条件按下表，然后采用
40T油缸自动往复校直机进行张力校直，将温料放置在刨面铸铁平台上自然冷却即可： 每炉装料kg 加热温度℃ 保温时间(分钟) 最长工作时间 200以下 450℃～500℃ 60分钟 100分钟 (6)截取合格尺寸棒材：采用拔皮机无芯磨床进行机械加工，获取高性能高精度钛合金棒材。
高性能高精度生物钛合金棒材的制备工艺
技术领域
[0001] 本发明属于材料加工技术领域，特别是医用金属材料的加工。
背景技术
[0002] 现阶段我国生产的使用在矫形植入术中的钛合金材料仍处于初级的产品，大量的高性能高精度的生物用钛合金仍然要依赖进口。分析其主要原因有两点：一、内在质量；由于植入生物体中的器械要求在生物体中不同体位配合生物体原有机能工作，它对材料要求要有很高的目标性参数。例如，要达到高强度、低弹性模量，就要有精确的抗拉强度数值，精确的收缩率数值，精确的高倍金相组织结构，但我国许多材料厂商达不到如此高的水准。二、外在质量。有了好的内在质量还要有高精度准确的外形尺寸才能算是优质的生物植入物产品，要想保证精准的尺寸，就必须采用高精度的原材料进行加工，我国目前是靠大量进口精度在h8级-h7级的材料，进行加工自己的产品。
发明内容
[0003] 本发明目的是提供一种高性能高精度生物钛合金棒材的制备工艺，满足医疗器械在生物体中不同体位的性能要求。
[0004] 具体地说，高性能高精度生物钛合金棒材的制备工艺，其包括如下步骤：
[0005] (1)原料制备：选用小颗粒海绵钛制做电极，在真空度≤10Pa的等离子真空焊箱中焊接电极，采用真空自耗电弧炉进行两次熔炼为钛铸锭；
[0006] (2)锻造加工：分为加热和锻造步骤，并且加热是将铸锭在电阻炉中加热，按照下表控制温度：
[0007]
[0008] 加热时间按照下表控制：
[0009]装炉温度后的预 加热升温中预热 加热温度下保温
装炉温度
热时间(分钟) 时间(分钟) 时间(分钟)
850℃～880℃ 50 60 45～50
[0010] 锻造采用空气锤上加工并按照如下表控制变形量获取去氧化皮光棒：
[0011]
[0012] (3)轧制加工：采用加温逐次变形的方法进行加工，并按照下述表控制坯料在电阻炉中加热温度：
[0013]装炉温度 加热温度 终轧温度
850℃～880℃ 920℃～930℃ 880℃
[0014] 采用横列式棒材轧机进行轧制并按照下表控制温度和变形量、按照下述加热时间表控制加热时间并轧制获取棒材：
[0015]加热温度 终轧温度 加工道次 总变形率％ 备注
采用一次加温多次变形的
920℃～930℃ 880℃ 9-12次 70～75
工艺
[0016] 加热时间表：
[0017]装炉温度下的预热 加热升温中预热 加热温度下保温
装炉温度℃
时间(分钟) 时间(分钟) 时间(分钟)
800℃～850℃ 90 100 70-80
[0018] (4)热处理：采用自动温控箱式电阻炉对已经获取的棒材进行热处理，退火工艺按照下表工艺条件实施：
[0019]装炉温度
每炉装 下的预热 加热升温 加热温度 冷却
料kg 加热温度℃ 装炉温度℃ 时间(分 预热时间 下保温时 方式
钟) (分钟) 间(分钟)
250以 760℃～770 650℃～700
下 ℃ ℃ 45 50 60 空冷
[0020] (5)温加工：采用温加工的方式对棒材较直，并且温加工加热条件按下表，然后采用40T油缸自动往复校直机进行张力，将温料放置在刨面铸铁平台上自然冷却即可；
[0021]每炉装料kg 加热温度℃ 保温时间(分钟) 最长工作时间
200以下 450℃～500℃ 60分钟 100分钟
[0022] (6)截取合格尺寸棒材：采用拔皮机无芯磨床进行机械加工，获取高性能高精度钛合金棒材。
[0023] 本发明以解决材料高倍金相组织的可控化、精确化为切入点，进行了多次反复的实验工作，满足了医疗器械在生物体中不同体位的性能要求，达到各项系数的精准化、可控化。证实只要材料高倍金相组织精确化、可控化，它的抗拉强度、断面收缩率、弹性模量等一系列性能都会得到有效的控制和目标化。
具体实施方式
[0024] 本实施方式以制备牌号为TC4ELI的Φ14mm×2000mm的高性能高精度生物钛合金棒材为例。
[0025] 要求：高倍金相评级符合GB/T13810-2007A1-A2，
[0026] 抗拉强度≥950Mpa，
[0027] 规定非比例延伸强度≥850Mpa，
[0028] 断后伸长率≥15％，
[0029] 断面收缩率≥35％。
[0030] 采用的工艺如下：
[0031] 一、原料制备
[0032] 1、选用遵义一级优质小颗粒海绵钛制做电极。
[0033] 2、在真空度≤10Pa的等离子真空焊箱中焊接电极。
[0034] 3、采用1.5T真空自耗电弧炉进行两次熔炼。
[0035] 4、获取铸锭成分为：
[0036]
[0037] 二、锻造加工
[0038] 1、加热：将Φ360×L(去冒口)的铸锭在电阻炉中加热。
[0039]
[0040] 加热时间表
[0041]装炉温度后的预 加热升温中预热 加热温度下保温
装炉温度
热时间(分钟) 时间(分钟) 时间(分钟)
850℃～880℃ 50 60 45～50
[0042] 2、锻造：
[0043] 根据不同坯料、不同环节，采用如下变形工艺在3T的空气锤及750kg空气锤上加工。
[0044]
[0045] 3、获取Φ60～65mm的去氧化皮光棒。
[0046] 三、轧制加工
[0047] 采用加温逐次变形的方法进行加工。
[0048] 1、加热：将Φ60～65mm坯料在电阻炉中加热。
[0049]装炉温度 加热温度 终轧温度
850℃～880℃ 920℃～930℃ 880℃
[0050] 2、轧制：采用250型横列式棒材轧机进行轧制。
[0051]加热温度 终轧温度 加工道次 总变形率％ 备注
采用一次加温多次变形的
920℃～930℃ 880℃ 9-12次 70～75
工艺
[0052] 3、通过轧制获取Φ16mm×L的轧制棒材
[0053] 加热时间表
[0054]装炉温度下的预热 加热升温中预热 加热温度下保温
装炉温度℃
时间(分钟) 时间(分钟) 时间(分钟)
800℃～850℃ 90 100 70-80
[0055] 四、热处理
[0056] 1、重要性和必要性
[0057] 对于TC4ELI钛合金来讲，优良的机械性能主要取决于组织中的初生α相和β相的比例及其形状、大小和分布，而它们的获得又是由合金的热加工和热处理工艺来决定的，以上热加工已经给出了严格的加工工艺，但最后的热处理仍然是不可缺少的重要步骤。我们通常采用如下工序完成最后的热处理，以保证精准的目标性高倍金相组织。
[0058] 2、采用的设备
[0059] 600mm×800mm×4000mm 80千瓦自动温控箱式电阻炉。条件：三区加温，温差要求小于±8℃。
[0060] 3、退火工艺
[0061]装炉温度
每炉装 下的预热 加热升温 加热温度 冷却
料kg 加热温度℃ 装炉温度℃ 时间(分 预热时间 下保温时 方式
钟) (分钟) 间(分钟)
250以 760℃～770 650℃～700
下 ℃ ℃ 45 50 60 空冷
