[发明专利]一种医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材的生产方法

说明书

本发明公开了一种医用Ti‑6Al‑4V ELI合金棒材的生产方法，通过步骤1：获得Ti‑6Al‑4V ELI合金铸锭，预处理之后获得第一合格铸锭；步骤2：对所述第一合格铸锭进行锻制处理并获得第一轧坯；步骤3：对所述第一轧坯进行轧制坯组织重结晶均质化处理；步骤4：对所述第一轧坯进行淬火处理之后，获得第一棒坯；步骤5：将所述第一棒坯进行一火多道次终轧前停留式轧制处理之后，获得第一成型棒材；步骤6：对第一成型棒材淬火热处理并获得第一半成品棒材；步骤7：将所述第一半成品棒材进行过时效热处理并矫直，冷却后磨削抛光之后获得光棒成品，达到了加工成本低，成品率高，产品力学性能稳定，一致性优良的技术效果。

技术领域

本发明涉及化学冶金改变有色金属物理结构的工艺方法技术领域，特别涉及一种医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材的生产方法。

背景技术

钛合金制作的人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件已获得广泛的临床应用。人工关节、脊柱矫形棒、紧固螺钉长期植入物用医用棒材除对材料的生物相容性、拉伸强度有较高的要求外，对材料的的断裂韧性、疲劳性能、塑性、耐蚀性、冷加工性和可焊性等机械性能和工艺性能要求更高。

目前，多种钛合金材料牌号成分中，间隙元素C、N、O的含量越高，虽然对提高合金强度具有一定优势，但是却不可避免地导致合金塑性变差，同时使合金的断裂韧性、疲劳性、耐蚀性、冷加工性和可焊接性变差。因此实际上，间隙元素含量低的Ti-6Al-4V ELI合金更适合作为医用人工关节、脊柱矫形棒、紧固螺钉的材料使用。

但是，Ti-6Al-4V ELI合金由于间隙元素含量低，因此，对合金中α相的固溶强化作用减弱，导致Ti-6Al-4V ELI合金(TC4ELI合金)的强度始终低于主成分一致的Ti-6Al-4V合金(TC4合金)。以GB/T13810-2017标准为例：标准中规定TC4ELI合金的室温拉伸性能为σ_b＝860(MPa)，σ_0.2＝795(MPa)，δ＝10％，而TC4合金的室温拉伸性能却能达到σ_b＝930(MPa)，σ_0.2＝860(MPa)，δ＝10％，可见，现有技术工艺下，TC4ELI合金虽然较TC4合金更适合用于医用植入件，但是由于TC4ELI合金的抗拉强度比TC4合金低70MPa，屈服强度比TC4合金低65MPa，因此制约了TC4ELI合金作为更合适的医用材料在需要高强材料的人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件的上的应用，导致了国产TC4ELI合金的市场占有率目前还远不如TC4合金的市场占有率。

然而，临床上进口的美国Φ6㎜～30mm医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材，由于其先进的生产工艺，其实测抗拉强度指标已经远超我国GB/T13810-2017国标标准。目前，我国的Ti-6Al-4V ELI合金棒材的生产工艺，采用了于TC4合金相同的棒材的生产工艺，该生产工艺可使生产的医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材满足GB/T13810-2017标准的力学强度指标，但无法稳定的达到GB/T13810-2017国标中TC4合金棒材的强度和超过TC4ELI合金棒材的强度指标，因此国产医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材的抗拉强度性能指标达不到国外进口的同类产品指标，更不能超越国标中TC4合金(GB/T13810-2017)的强度指标。主要原因在于：TC4(TC4ELI)和的力学性能高度依赖于合金的成分和显微组织，两种合金的主成分一致，棒材生产工艺相同，两种合金棒材加工过程及热处理后的产生的显微组织也相同，因此，在两种合金在显微组织对合金强度的贡献一样的情况下，成分就起到决定性的作用，而Ti-6Al-4VELI合金间隙元素含量低，固溶强化效应低，导致成品Ti-6Al-4V ELI合金材料强度有限，合金强度无法远超国标和达到国外同类医用Ti-6Al-4V ELI合金棒材的高强度。因此，如何提高国产Ti-6Al-4V ELI合金棒材强度，进而代替进口医用TC4ELI合金高强棒材以满足我国人工关节、脊柱矫形棒、各种紧固螺钉等外科植入件对高强TC4ELI合金棒丝材的要求是本发明的目的。

发明内容