本發(fā)明屬于金屬材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及用于制造椎弓根螺釘?shù)尼t(yī)用Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI合金棒材的制備方法。
背景技術(shù)：
：鈦及鈦合金具有高人體相容性、低密度、低彈性模量、耐人體體液腐蝕和優(yōu)良的機械性能等優(yōu)點，被廣泛用于外科矯形手術(shù)中。鈦合金棒、板、絲材主要用于制造外科創(chuàng)傷及脊柱修復用連接棒、骨板、骨釘?shù)?，作為受力器件植入人體內(nèi)。由于鈦合金的機械失效性低，生物相容性好已經(jīng)成為制造椎弓根螺釘?shù)睦硐氩牧?。目前，國?nèi)外脊柱椎弓根螺釘材質(zhì)主要采用Ti-6Al-4V或Ti-6Al-4VELI合金棒材制備，其中椎弓根螺釘(所需棒材直徑范圍ф13.0～ф15.0mm)是一種用金屬棒加工的“U型槽口的螺釘”，用于人體的脊柱外科手術(shù)中。影響Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4VELI合金棒材性能的主要因素是加工工藝。西安賽特思邁鈦業(yè)有限公司的李雷等人，發(fā)表了《一種椎弓根螺釘用鈦合金棒材的制備方法》。該方法研究了Ti-6Al-4V或Ti-6Al-4VELI鈦合金棒材利用立式矯直的方式去除殘余應力的方法，最終獲得的椎弓根螺釘(U型釘)所需的棒材。但是該方法獲得的椎弓根螺釘所需的棒材在立式矯直后又產(chǎn)生了新的應力，且會產(chǎn)生尺寸精度變化，尤其是批量生產(chǎn)可操作性差、生產(chǎn)效率低。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設計一種尺寸精度穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高的用于制造椎弓根螺釘?shù)尼t(yī)用鈦合金棒材的制備方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種用于制造椎弓根螺釘?shù)尼t(yī)用鈦合金棒材的制備方法，包括以下步驟：A、扒皮：使用無心車將軋制棒材進行扒皮，得到光亮棒材。B、表面處理：將光亮棒材酸洗處理后，檢查棒材表面殘留的的軋制缺陷，使用角磨機將棒材表面殘留缺陷處理干凈。C、控溫拉拔：將無缺陷的棒材掛膜處理后用拉拔機進行4～7道次控溫拉拔，加工至相應規(guī)格的半成品。D、切斷：經(jīng)控溫熱拉拔加工至相應規(guī)格的半成品，按照0.50～3.66m長度進行切斷。E、高溫退火：棒材經(jīng)大氣退火，空冷，以消除加工產(chǎn)生應力，改善其綜合性能。F、雙曲線冷矯直：利用矯直機對棒材進行矯直加工，矯直后直度≤0.20mm/m。G、去應力退火：將矯直后的棒材均勻分層擺放在長方型空管料架內(nèi)，上下壓緊，杜絕由于去應力退火過程造成的彎曲變形，去應力處理后棒材直度≤0.20mm/m，棒材的彎曲度≤0.50mm/m。F、磨光：無心磨磨光成成品。H、經(jīng)檢查檢驗合格后，檢斤、包裝、入庫、發(fā)貨。進一步地，步驟B所述的酸洗處理配方如下：氫氟酸3％-5％；硝酸35％-40％；余量為水。進一步地，步驟C所述的控溫拉拔的要求如下：拉拔變形量控制在每道次減少0.40～0.70mm，使用溫度范圍為700～800℃，拉拔速度為0.5～3m/min。進一步地，步驟E所述的大氣退火條件如下：恒溫溫度為700～800℃，時間為60～120min。進一步地，步驟F所述的矯直加工方法為：利用上下兩輥式立式矯直機，以上下輥旋轉(zhuǎn)碾壓前進式連續(xù)矯直方式對棒材進行冷加工，上下輥旋轉(zhuǎn)速度控制在1200r/min以內(nèi)。進一步地，步驟G所述的上下壓緊的方法為：把棒料整齊擺放在空管料架的凹形槽內(nèi)，上面用與凹形槽配合使用的壓板壓住，以防止熱處理轉(zhuǎn)移過程中出現(xiàn)移動和去應力退火過程中應力釋放造成的棒材變形；所述的壓板由耐火磚材料制造。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1、本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵點是創(chuàng)造性的采用控溫拉拔、完全退火與冷矯直、去應力處理相結(jié)合的工藝方式，制備Ti-6Al-4VELI合金棒材。即以熱軋材為坯料經(jīng)過控溫拉拔成形及去應力處理工藝獲得最終產(chǎn)品。與熱軋、熱拔等傳統(tǒng)工藝相比，有如下優(yōu)點：1)機械性能高。棒材在控溫拉拔變形過程中，由于晶粒變形導致位錯塞積使材料產(chǎn)生加工硬化，導致材料強度提高。并通過適當?shù)母邷責崽幚硎顾苄蕴嵘?，并使強度維持較高水平從而提高材料的機械性能，使Ti-6Al-4VELI合金棒材機械性能指標達到Ti-6Al-4V合金棒材的指標。2)表面光潔度高，組織性能均一性好，尺寸精整、形狀規(guī)則、批次質(zhì)量一致性好。2、本發(fā)明提出的方法藝對Ti-6Al-4VELI合金棒材僅利用工藝的改進來控制其金相組織，從而保證椎弓根螺釘?shù)腢型槽縮口質(zhì)量，即在冷矯直后增加一道去應力處理工序的工藝方式，盡可能的消除加工導致的殘余應力，可操作性強能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)。3、本發(fā)明提供的制造工藝所制造的醫(yī)用Ti-6Al-4VELI合金棒材，消除殘余應力效果好，U型槽縮口批次間穩(wěn)定性好，可操作性強。4、本發(fā)明提供用于制造椎弓根螺釘?shù)尼t(yī)用Ti-6Al-4VELI合金棒材的制備工藝，通過制備軋材、機械扒皮、控溫拉拔、雙曲線冷矯直、熱處理和精加工工序等，能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)縮口穩(wěn)定性好的鈦合金棒材，達到了制造椎弓根螺釘?shù)氖褂靡螅醋倒葆擴型槽的直線度小于0.05mm。附圖說明圖1是棒材試樣進行縱截面觀察的取樣示意圖。圖2是棒材試樣進行橫截面觀察的取樣示意圖。圖3是棒材試樣橫截面金相組織示意圖。圖4是棒材試樣縱截面金相組織示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。應用本發(fā)明的方法制造的Ti-6Al-4V棒材的力學性能檢測結(jié)果如表1所示，棒材力學性能完全滿足GB/T13810-2007中的相關(guān)規(guī)定，并且性能穩(wěn)定。這也充分反映了本發(fā)明工藝的成熟性和可控性。表1應用本發(fā)明制造的Ti-6Al-4V棒材的力學性能應用本專利制造的Ti-6Al-4V，直徑為14.1mm的圓棒材的顯微組織進行檢測。為了充分觀察棒材的金相組織，分別對樣品的橫截面和縱截面進行取樣，取樣示意圖如圖1-2所示。棒材試樣分別橫切5mm的試樣兩個，將其中一個縱切，得到橫、縱截面試樣各一個。將切好的橫、縱截面試樣進行鑲嵌、拋磨之后，對橫、縱截面試樣進行顯微組織觀察，結(jié)果如圖3-4所示。成品棒材橫截面金相組織如圖3所示，由灰色的α相和黑色的β相組成，且兩相分布比較均勻。成品棒材縱截面金相組織如圖4所示，沒有軋材或是拉拔材通常出現(xiàn)的變形α組織，而是均勻的等軸α組織。鈦合金棒材在加工過程中，棒材表層變形大表現(xiàn)為殘余壓應力，而心部變形小表現(xiàn)為殘余拉應力。在后續(xù)的熱處理過程中，由于再結(jié)晶不徹底，導致邊緣和中心的顯微組織仍為變形晶粒，殘余應力并未完全消除。最后當棒材加工成椎弓根螺釘時，心部殘余應力得到釋放，而邊緣殘余應力重新分布，導致椎弓根螺釘產(chǎn)生縮口現(xiàn)象。本發(fā)明首先通過提高熱處理溫度改善棒材的再結(jié)晶程度然后通過去應力退火處理，使變形α組織經(jīng)過充分回復再結(jié)晶過程轉(zhuǎn)變?yōu)榈容Sα組織，使冷加工殘余應力充分釋放，從根本上解決椎弓根螺釘縮口尺寸大而且不穩(wěn)定的問題。將本發(fā)明制造的棒材加工成椎弓根螺釘后，對其直線度進行檢測，結(jié)果如表2所示,表2椎弓根螺釘U型槽的直線度檢測結(jié)果(單位：mm)樣品序號左側(cè)右側(cè)總偏移量10.00750.00850.01620.00950.00350.01330.01150.00250.01440.0090.0080.017平均值0.00940.00560.015結(jié)果表明，椎弓根螺釘?shù)闹本€度總偏移量在0.02mm以下，完全滿足要求，甚至超過國外同類產(chǎn)品的水平。本發(fā)明不局限于本實施例，任何在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)的等同構(gòu)思或者改變，均列為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3