CN101791244A - 一种人体植入物纯钛弧形板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体植入物纯钛弧形板的加工方法，将坯料放在大气炉加热，加热温度为400℃-600℃，保温30min，先平轧后进行竖轧，或只进行平扎，得到方坯；然后依次进行平轧、酸洗、竖轧、压弯、竖压，得到成型坯料；成型坯料放在大气炉，采用大气退火，热处理温度为550℃-750℃、时间为0.5-3小时，热张力矫直的液压压力为1.0MPa-4.0MPa，矫直长度为2.0m-4.0m；将成型坯料进行表面处理，采用喷砂后酸洗的方式，即制得。采用本发明的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，制得的纯钛弧形板精度高、效率快，而且性能均一稳定，不开裂，且适合于大批量生产加工，加工效率高。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，涉及一种人体植入物纯钛弧形板的加工方法。
背景技术
人体植入物纯钛弧形板主要用于骨科接骨板，目前骨科用接骨板的主要原料为钛板材，钛板材经冲压、车铣等工序后才能加工应用，由于冷冲压易开裂，所以冲压一般采用热变形冲压，但热变形冲压加工后的钛板材形状不稳定，相互间的组织性能会有很大的差异；车铣工序虽然精度高，但工作效率很低，不适宜大批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合批量生产的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，轧制形状稳定且不开裂，且精度高、效率快，性能均一稳定。
本发明所采用的技术方案是，一种人体植入物纯钛弧形板的加工方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，
坯料选取纯钛中的TA2、TA3、TA4，标准符合GB/T13810-2007，板材的抗拉强度Rm为450Mpa≤Rm≤650Mpa，延伸率为25%-45%，粗糙度Ra≤3.2μm，坯料表面无肉眼可见的裂纹、磨削纹、折叠等缺陷，凹坑要光滑过渡；
步骤2，
将步骤1选取的坯料放在大气炉加热，加热温度为400℃-600℃，保温30min，先平轧后进行竖轧，或只进行平扎，平扎、竖轧采用两辊轧机轧制，道次加工率为10%-30%，加工率控制在30%-50%，得到方坯；
步骤3，
采用型材轧制的方法，对步骤2轧制后的方坯依次进行平轧、酸洗、竖轧、压弯、竖压，得到成型坯料；
其中，酸洗过程中要不断搅拌，冷轧加工率为30%-60%，平轧、竖轧在两辊可逆式轧机上进行，压弯、竖压在四辊可逆式轧机轧制，方坯在压弯前至成型坯料的过程中加工率为20%-30%，成型坯料道次的加工率为10%-15%；
步骤4，
将步骤3得到成型坯料放在大气炉，采用大气退火，热处理温度为550℃-750℃、时间为0.5-3小时，热张力矫直的液压压力为1.0Mpa-4.0Mpa，矫直长度为2.0m-4.0m；
步骤5，
将步骤4处理后的成型坯料进行表面处理，采用喷砂后酸洗的方式，即制得。
本发明的特征还在于，
酸洗过程中，酸液由HF、HNO3和H2O组成，HF、HNO3和H2O的体积百分比为HF:HNO3:H2O=1:3:7。
喷砂过程采用水喷砂，水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为100mm-200mm。
采用本发明的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，包括原料准备、温轧、冷轧、热处理与热张力矫直、表面处理几个步骤，制得的纯钛弧形板精度高、效率快，而且性能均一稳定，不开裂，且适合于大批量生产加工，加工效率高。
附图说明
图1是采用本发明实施例1制得的纯钛弧形板的金相照片；
图2是采用本发明实施例2制得的纯钛弧形板的金相照片；
图3是采用本发明实施例3制得的纯钛弧形板的金相照片；
图4是采用本发明实施例1制得的纯钛弧形板的尺寸图；
图5是采用本发明实施例2制得的纯钛弧形板的尺寸图；
图6是采用本发明实施例3制得的纯钛弧形板的尺寸图。
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。
本发明的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，包括原料准备、温轧、冷轧、热处理与热张力矫直、表面处理几个步骤，具体按照以下步骤进行：
步骤1，原料准备
坯料选取纯钛中的TA2、TA3、TA4，标准符合GB/T13810-2007，板材的抗拉强度Rm为450Mpa≤Rm≤650Mpa，延伸率25%-45%，粗糙度Ra≤3.2μm，材料主要与产品的性能有关系；根据产品的规格和加工率20％-70％确定坯料的直径规格为Φ10mm-Φ18mm，坯料选取具体根据产品的规格而定，最后制得的产品规格宽度尺寸与所选坯料的直径尺寸相同。坯料表面无肉眼可见的裂纹、磨削纹、折叠等缺陷，凹坑要光滑过渡。
步骤2，温轧
将步骤1选取的坯料放在大气炉加热，加热温度为400℃-600℃，保温30min，先平轧后进行竖轧，也可以只进行平扎，平扎和竖轧都采用两辊轧机轧制，道次加工率为10%-30%，加工率控制在30%-50%。
步骤3，冷轧
采用型材轧制的方法，对步骤2温轧后的板坯依次进行平轧、酸洗、竖轧、压弯、竖压，精确成品尺寸，得到成型坯料。
在酸洗过程中，酸液按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比，酸洗过程中要不断搅拌，防止发生电化学反应而使表面粘杂。
这里，冷轧过程中的加工率为30%-60%左右，平轧、竖轧在两辊可逆式轧机上进行，压弯、竖压在四辊可逆式轧机轧制，其中，第一道平轧后酸洗是为了洗掉温轧时产生的氧化皮，利于检查表面缺陷和后续加工；平轧和竖轧之后均为方坯，压弯前的方坯至成型坯料的加工率为20%-30%，压弯主要是预成型的过程，降低方坯至成型坯料的道次加工率、减少轧制过程的应力集中，其形状与成品相似，成型坯料道次的加工率一般为10%-15%。
步骤4，热处理与热张力矫直
将步骤3得到成型坯料放在大气炉，采用大气退火，热处理温度为550℃-750℃、时间为0.5-3小时，热张力矫直的液压压力一般为1.0Mpa-4.0Mpa，最佳矫直长度为2.0m-4.0m。
由于弧形板的张力矫直属于不均匀变形，在离液压夹头近的尺寸缩颈比较大，而另一头则会出现较大弯头，在尺寸与直度两者均衡之下选择2.0m-4.0m为最佳矫直长度。
步骤5，表面处理
表面处理采用喷砂后酸洗的方式，即制得。
其中喷砂采用水喷，水喷效果比干喷的效果更好，水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为100mm-200mm，喷砂后进行酸洗，酸洗的酸液为由HNO3、HF和H2O组成的混合液体，其中HF、HNO3、H2O按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比。
实施例1
通过以下工艺制备R×4.6×13.9mm的弧形板，弧形板结构如图4所示。
按照GB/T13810-2007标准选取Ф14mm的纯钛棒材中的TA2，TA2抗拉强度为450-500Mpa，延伸率30-45%，粗糙度3.2μm，将TA2加热到400℃，保温30min，先采用温轧，采用两辊轧机平轧至厚6.0mm-6.5mm×宽21mm-21.5mm，竖轧至宽16.0mm-16.4mm×厚6.8mm-7.0mm，道次加工率为10%，加工率控制在30%，再采用冷轧，平轧至厚5.5mm-5.8mm×宽17.0mm-18.0mm，再经过按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比的酸液酸洗、竖轧至宽14.0mm-14.5mm×厚5.9mm-6.0mm、压弯至厚4.8mm-5.2mm×宽14.0mm-14.5mm、竖压至厚4.8mm-5.2mm×宽13.5mm-13.8mm、精确成品尺寸宽13.9mm×厚4.6mm，冷轧过程中的加工率为30%，压弯前的方坯至成型坯料的加工率为20%，成型坯料道次的加工率为10%；然后放在大气炉经过热处理，温度650℃，保温45min，空冷；再经过热张力矫直，压力2.5Mpa，矫直长度为2m；然后将表面进行表面水喷与酸洗处理，水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为100mm，酸洗的酸液为为HNO3、HF、H2O的混合液体，其中HF、HNO3、H2O按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比，即得。
采用本实施例制得的产品性能检测见表1，金相照片见图1。
实施例2：
通过以下工艺制备R
×3.3×10.4mm的弧形板，弧形板结构如图5所示。
按照GB/T13810-2007标准选取Ф10mm的纯钛棒材中的TA3，TA3抗拉强度为500-550Mpa，延伸率25-32%，粗糙度3.0μm，将TA3加热到500℃，保温30min，采用温轧，平轧至厚5.2mm-5.5mm×宽10.5mm-11.5mm，道次加工率为20%，加工率控制在40%，采用冷轧，平轧至厚4.1mm-4.3mm×宽11.5mm-12.4mm、再经过按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比的酸液酸洗、竖轧至宽9.8mm-10.3mm×厚4.3mm-4.6mm、压弯至厚3.6mm-3.9mm×宽10.4mm-10.8mm、竖轧至宽9.5mm-10.0mm×厚3.6mm-3.9mm、精确尺寸宽10.4mm×厚3.3mm，冷轧过程中的加工率为40%，压弯前的方坯至成型坯料的加工率为25%，成型坯料道次的加工率为12%；再经过热处理，温度550℃，保温30min，空冷；再热张力矫直，压力1Mpa，矫直长度为3.0m，然后进行表面干喷砂与酸洗处理,水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为150mm，酸洗的酸液为为HNO3、HF、H2O的混合液体，其中HF、HNO3、H2O按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比，即得。
采用本实施例制得的产品性能检测见表1，金相照片见图2
实施例3
通过以下工艺制备R
×18×6的弧形板，弧形板结构如图6所示。
按照GB/T13810-2007标准选取Ф18mm的纯钛棒材中的TA4，TA4抗拉强度Rm为550-650Mpa，延伸率25-30%，粗糙度3.1μm，将TA4加热到600℃，保温30min，先采用温轧，平轧至厚7.2mm-7.5mm×宽22.0mm-22.5mm，竖轧至宽21.0mm-21.5mm×厚8.3mm-8.5mm，道次加工率为30%，加工率控制在50%，再采用冷轧，平轧至厚7.2mm-7.5mm×宽22.0mm-22.5mm，再经过按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比的酸液酸洗、竖轧至宽20.0mm-20.5mm×厚8.0mm-8.3mm、压弯至厚8.0mm-8.5mm×宽19.5mm-19.8mm、精压弯至厚7.2mm-7.6mm×宽19.5mm-19.8mm、竖轧至宽18.25mm-18.35mm×厚7.2mm-7.6mm、精确成品尺寸宽18mm×厚6mm，冷轧过程中的加工率为60%，压弯前的方坯至成型坯料的加工率为30%，成型坯料道次的加工率为15%，然后放在大气炉经过热处理，温度750℃，保温3小时，空冷；再经过热张力矫直，压力为4Mpa，矫直长度为4m，然后将表面进行表面水喷与酸洗处理，水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为200mm，酸洗的酸液为为HNO3、HF、H2O的混合液体，其中HF、HNO3、H2O按照体积百分比HF:HNO3:H2O=1:3:7配比，即得。
采用本实施例制得的产品性能检测见表1，金相照片见图3。
表1采用实施例1-实施例3的方法制得的产品实测力学性能表
在表1中，Rm表示抗拉强度、Rp0.2表示屈服强度、A表示延伸率，可以看出，采用本发明的方法制得的人体植入物纯钛弧形板性能都符合要求，不易开裂；图1-图3是分别采用实施例1-实施例3制备的纯钛弧形板的金相照片图，通过照片可以看出横向、纵向组织非常均匀，横向和纵向显微组织差别非常小，表现出弧形板的各向异性非常小，性能均一稳定。
Claims (3)
1.一种人体植入物纯钛弧形板的加工方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，
坯料选取纯钛中的TA2、TA3、TA4，标准符合GB/T13810-2007，板材的抗拉强度Rm为450Mpa≤Rm≤650Mpa，延伸率25%-45%，粗糙度Ra≤3.2μm，坯料表面无肉眼可见的裂纹、磨削纹、折叠等缺陷，凹坑要光滑过渡；
步骤2，
将步骤1选取的坯料放在大气炉加热，加热温度为400℃-600℃，保温30min，先平轧后进行竖轧，或只进行平扎，平扎、竖轧采用两辊轧机轧制，道次加工率为10%-30%，加工率控制在30%-50%，得到方坯；
步骤3，
采用型材轧制的方法，对步骤2轧制后的方坯依次进行平轧、酸洗、竖轧、压弯、竖压，得到成型坯料；
其中，酸洗过程中要不断搅拌，冷轧加工率为30%-60%，平轧、竖轧在两辊可逆式轧机上进行，压弯、竖压在四辊可逆式轧机轧制，方坯在压弯前至成型坯料的过程中加工率为20%-30%，成型坯料道次的加工率为10%-15%；
步骤4，
将步骤3得到成型坯料放在大气炉，采用大气退火，热处理温度为550℃-750℃、时间为0.5-3小时，热张力矫直的液压压力为1.0Mpa-4.0Mpa，矫直长度为2.0m-4.0m；
步骤5，
将步骤4处理后的成型坯料进行表面处理，采用喷砂后酸洗的方式，即制得。
2.根据权利要求1所述的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，其特征在于，所述酸洗过程中，酸液由HF、HNO3和H2O组成，HF、HNO3和H2O的体积百分比为HF:HNO3:H2O=1:3:7。
3.根据权利要求1所述的人体植入物纯钛弧形板的加工方法，其特征在于，所述喷砂过程采用水喷砂，水喷砂的沙砾粒径为350μm-550μm，喷头与物料的距离为100mm-200mm。
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Address after: 710018 Shaanxi Province Economic and Technological Development Zone Xi'an Mingguang Road No. 12 Patentee after: Western Superconducting Technologies Co., Ltd. Address before: 710018 Shaanxi Province Economic and Technological Development Zone Xi'an Mingguang Road No. 12 Patentee before: Western Superconducting Technologies Co., Ltd. |