CN102094136A - 一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法。在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为0～0.20的O元素和0～0.26的Fe元素。根据原始海绵钛的强度σ₀得到补强需添加的Fe、O元素量，进而确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加量。经过锻造、轧制、拉拔和退火过程，制备出强度可控的纯钛丝材，满足眼镜框架不同零部件对钛丝材性能的要求。本发明在纯钛材料制备的熔炼过程中添加精确量的Fe元素和O元素，控制纯钛丝材中的化学元素含量，从而实现对纯钛丝材强度的精确控制，将不同批次生产的TA2纯钛丝材强度偏差控制在40MPa以内，生产出有具体强度要求的纯钛丝材。

Description

一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种纯钛材料制造领域，具体是一种对强度有要求的纯钛丝材制造。

背景技术

钛材料由于比强度高、耐腐蚀性好等优点而广泛应用于航天、航空、医用等领域，近年来随着钛材料生产技术的发展而价格大幅度降低，钛材料逐步应用于民用产业，其中采用钛材料制备的眼镜框架已经步入普通人的生活。目前应用于眼镜框架的钛材料主要有纯钛和钛合金，由于钛合金强度高、加工成型困难，而且普通人对贵重金属纯度的信赖心理，纯钛丝材在眼镜框架上的应用仍占到70％以上的份额。

按杂质含量的不同纯钛丝材可以划分为四个等级(GB3620-2007)，其中杂质元素主要有C、N、H、O、Fe，由于杂质元素对钛材料的强化效果，不同等级的纯钛材料对应不同等级的强度，其中一级纯钛TA1的强度为240MPa以上，而四级纯钛TA4的强度要求580MPa以上，较宽的强度范围为纯钛材料提供了较宽的应用空间，但同时由于钛材料标准给出的杂质含量在较宽的范围，造成同一牌号的钛材料强度也在较大范围内波动，这就给一些特殊用途的要求材料力学性能稳定的钛产品用原材料选择造成困难。一般纯钛眼镜框架由边框、眼镜腿、铰链、锁紧块、鼻托、螺钉等20多个零件组成，不同的零部件对材料的强度、塑性有不同要求，如眼镜腿为了满足成型和眼镜使用稳定性，要求钛材料具有较高的强度和良好的塑性，而边框则要求材料塑性好，强度较低，铰链则要求丝材有较高的强度。同时为了满足眼镜框架零部件加工过程的工艺性和质量稳定性，要求提供的原材料力学性能稳定。因此用于眼镜框架的纯钛原材料一方面要有较宽的力学性能，满足不同零部件要求，另一方面要求同一零部件用的原材料力学性能稳定，不会因为力学性能上的差异造成生产加工的困难和产品性能的不稳定。

发明内容

为了满足纯钛眼镜架零部件产品对纯钛丝材力学性能的要求，解决现有市场产品中材料力学性能波动大的问题，本发明提出了一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法。

本发明提出的技术方案是在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为0～0.20的O元素和0～0.26的Fe元素。其中O元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添加。对钛铸锭按本发明提出的工艺进行锻造、轧制、拉拔、退火等过程，制备出强度可控的纯钛丝材，满足眼镜框架不同零部件对钛丝材性能的要求。

纯钛铸锭材料中O元素和Fe元素添加量确定方法为：

步骤1，确定海绵钛强度；利用公式(1)得出原始海绵钛的强度σ₀：

σ₀＝235+aFe+bO+cN+dC+eSi                 (1)

式(1)中的Fe、O、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、c、d和e分别为Fe元素、O元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别为72、1200、2000、720和200。

步骤2，确定补强需添加的Fe、O元素量：

σ₁-σ₀＝aFe+bO                                    (2)

式(2)中σ₁为预达到的抗拉强度；σ₀为海绵钛的强度。式(2)Fe、O表示需要添加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为Fe元素和O元素的强化系数；a和b分别为72和1200。

根据式(2)得到所需添加的Fe元素和O元素的增加量。

步骤3，确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加量。根据式(2)计算结果和预熔炼钛锭的重量，确定熔炼过程中Fe和TiO₂的添加量。Fe元素添加重量为预熔炼钛锭的重量与式(2)Fe元素含量增加量直接相乘；Fe元素以铁屑、铁粉等细小颗粒状、粉末状形式添加，并且Fe元素添加物纯度不低于99.5％。O元素以TiO₂粉的形式加入，TiO₂粉的重量为2.5倍的O元素含量增加量乘以预熔炼钛锭的重量。

本发明还提出了一种眼镜架用纯钛丝材的制备方法，具体过程为：

步骤1.制作电极；将海绵钛和需要添加的铁屑、TiO₂粉置于自动混料机构中混合均匀，得到混合体。通过压力机将混合体压制成电极块，该电极块的密度≥3.2g/cm³。压制好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极。

步骤2.制备铸锭；将电极置于真空电弧炉中熔炼，熔炼时稳弧后电流为10-17KA，电压为29-38V，预抽真空到5×10^-1Pa，熔炼过程中保持真空度不小于1.5Pa，稳弧电流10A。熔炼至电极块完全熔化。一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200℃出炉。将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭。对二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层，超声波探伤切除冒口，分别在车光钛铸锭头部和尾部取样进行化学成分检测。

步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050℃并保温3～6小时后，在油压机上开坯，锻造成方坯；方坯加热至900℃保温2～4小时后，对方坯料进行锻造，加工成棒料；对得到的棒料表面处理；通过打磨清理、去除棒料表面缺陷。对棒料进行轧制时，将棒料加热至850℃保温1～2小时后轧制，使棒料直径减小。轧制盘条，对棒料加热至820℃保温1小时，轧制成盘条，对盘条整体退火，退火温度680℃。

步骤4.拉拔丝材；多次修磨去除盘条表面缺陷，采用丝模或辊模拉拔成丝材，拉拔中当盘条的变形量40～50％时，进行中间退火，退火温度为650℃，保温1小时后继续拉拔，直至达到成品尺寸；对拉拔得到的丝材进行退火，退火温度为650℃，保温1小时。

步骤5.截取两根试样进行力学性能测试。

钛材料力学性能主要决定于材料的内部组织结构和化学成分。钛材料的加工过程中，通过优化工艺和工艺参数而形成稳定的加工工艺，从而可以保证钛材料成品中形成一致的内部组织结构，此时钛材料的化学成分成为影响钛材料性能的唯一因素。纯钛材料中除98％以上的钛元素外，还有少量的C、N、H、O、Fe等杂质元素，虽然这些元素的含量很少，但由于强烈的强化作用，这些元素的含量对纯钛材料性能的起着决定性作用。本发明正是基于这一原理，根据纯钛丝材的强度要求，计算得出纯钛丝材中的需要添加的元素含量。在纯钛材料制备的熔炼过程中添加精确量的Fe元素和O元素，控制纯钛丝材中的化学元素含量，从而实现对纯钛丝材强度的精确控制。

对于常用于眼镜边框和眼镜腿的纯钛材料，通常采用TA2纯钛丝材，丝材的抗拉强度在350～510MPa之间，不同批次间TA2丝材的强度偏差可能达到150MPa以上，给眼镜边框和眼镜腿的塑性成型加工造成很大困难，产品质量难为稳定。而采用本发明中的控制TA2纯钛丝材中化学元素含量，可以把不同批次生产的TA2纯钛丝材强度偏差控制在40MPa以内，远远高于现在同一牌号TA2丝材的强度范围。同时依照本发明还可以生产出有具体强度要求的纯钛丝材，而按目前纯钛丝材的加工手段生产的纯钛丝材是无法精确预算和控制强度的。

具体实施方式

实例一

一种眼镜架用Φ6mm纯钛丝材原材料，力学性能要求抗拉强度440～460MPa，采用的海绵钛为零级海绵钛，其中各元素含量重量百分比为：C 0.01，H 0.007，O 0.045，N 0.004，Fe 0.028，Si 0.009。

本实施例在纯钛铸锭熔炼过程中添加重量百分比为0.112的O元素和0.112的Fe元素。其中O元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添加。Fe和O元素的添加量为整个纯钛铸锭的重量百分比。对钛铸锭按本发明提出的工艺进行锻造、轧制、拉拔、退火等过程，制备出强度可控的Φ6mm纯钛丝材，满足眼镜架用纯钛丝材的要求。

本实施例确定纯钛铸锭材料中O元素和Fe元素添加量方法为：

步骤一计算海绵钛强度

根据原始海绵钛的成分计算出原始海绵钛的强度σ₀，计算公式如下：

σ₀＝235+aFe+bO+cN+dC+eSi               (1)

式(1)中σ₀计算结果单位为MPa。式(1)中的Fe、O、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、c、d和e分别为Fe元素、O元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别为72、1200、2000、720和200。

将C＝0.01、H＝0.007、O＝0.045、N＝0.004、Fe＝0.028和Si＝0.009代入式(1)中，得到海绵钛的强度σ₀为307MPa。本实施例中眼镜架用纯钛丝材强度要求440～460MPa，预达到目标的抗拉强度σ₁按中间值450MPa计算，需要补强143MPa。

步骤二计算补强需添加的Fe、O元素量：

σ₁-σ₀＝aFe+bO                                 (2)

式(2)中σ₁为预达到的抗拉强度；σ₀为海绵钛的强度。式(2)Fe、O表示需要添加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为Fe元素和O元素的强化系数；a和b分别为72和1200。

σ₁＝450MPa，σ₀＝307MPa，a＝72，b＝1200代入式(2)中，Fe、O元素添加含量百分比按1∶1，计算得出Fe、O两元素需要添加量的重量百分比同为0.112。

步骤三确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加重量

根据式(2)得到需要添加O、Fe元素两种元素的重量百分数同为0.112，其中O元素以TiO₂形式添加，TiO₂的添加重量为添加氧重量的2.5倍。熔锭重量为1000Kg，需要添加TiO₂粉重量为1000×0.112％×2.5＝2.8Kg，需要添加纯铁屑的重量为1000×0.112％＝1.12Kg，其中添加TiO₂粉和铁屑的纯度为99.5％以上。

本实施例还提出了一种眼镜架用纯钛丝材的制备方法，具体过程为：

步骤1.制作电极；电子天平称取已经确认重量的铁屑和TiO₂粉，重量误差小于1克，将海绵钛和需要添加的铁屑、TiO₂粉置于自动混料机构中混合均匀，得到混合体。用3000T液压机压制成电极块，电极块的尺寸为240mm×280mm×400mm，重量约80Kg，电极块密度≥3.2g/cm³。压制好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极。

步骤2.制备铸锭；将电极置于VCF3000真空电弧炉中熔炼，熔炼过程中稳弧后电流控制在12-17KA，电压29-38V，预抽真空到5×10^-1Pa，熔炼过程中保持真空度不小于1.5Pa，稳弧电流10A，熔炼至电极块完全熔化。一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200℃出炉。将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭。对得到的二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层；超声波探伤切除冒口，车光锭净尺寸为Φ480mm×1150mm，重量为928Kg。分别在车光钛铸锭头部和尾部取样进行化学成分检测，各元素含量重量百分比为：C0.01/0.01，H 0.001/0.001，O 0.165/0.160，N 0.003/0.004，Fe 0.13/0.15。

步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050℃并保温6小时后，在1500T油压机上开坯，锻造成250mm×250mm的方坯。方坯加热至900℃保温3小时后，对方坯料进行锻造，加工成Φ120mm的棒料。对得到的棒料表面处理，清理去除表面裂纹、深坑。对棒料进行轧制时，将棒料加热至850℃保温1.5小时后轧制Φ50mm的棒料。对棒料加热至820℃保温1小时，轧制成Φ11mm盘条；对盘条整体退火，退火温度680℃。

步骤4.拉拔丝材；盘条经多次修磨去除表面缺陷后，采用室温辊模拉拔加工成丝材，拉拔至Φ8mm时中间真空退火，退火温度650℃，保温1小时继续拉拔，直至达到成品尺寸。对拉拔得到的丝材进行退火，退火温度为650℃，保温1小时，得到最终成品Φ6mm丝材650℃

步骤5.力学性能测试；截取两根完全退火后的丝材试样进行力学性能测试。测试结果如表1所示。

表1 Φ6丝材力学性能

产品最终力学性能达到预期目标。

实例二

一种眼镜框架用Φ2.4mm钛丝材，要求抗拉强度350～380MPa。采用的海绵钛为零级海绵钛，其中各元素含量重量百分比为：C 0.007，H 0.001，O 0.033，N 0.001，Fe 0.01，Si 0.03。

本实施例在纯钛铸锭熔炼过程中添加重量百分比为0.06的O元素和0.078的Fe元素。其中O元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添加。Fe和O元素的添加量为整个纯钛铸锭的重量百分比。对钛铸锭按本发明提出的工艺进行锻造、轧制、拉拔、退火等过程，制备出强度可控的Φ2.4mm纯钛丝材，满足眼镜架用纯钛丝材的要求。

本实施例确定纯钛铸锭材料中O元素和Fe元素添加量方法为：

步骤一计算海绵钛强度

根据原始海绵钛的成分计算出原始海绵钛的强度σ₀，计算公式如下：

σ₀＝235+aFe+bO+cN+dC+eSi                 (1)

式(1)中计算结果单位为MPa。式(1)中的Fe、O、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、c、d和e分别为Fe元素、O元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别为72、1200、2000、720和200。

将C＝0.007、H＝0.001、O＝0.033、N＝0.001、Fe＝0.010和Si＝0.03代入式(1)中，得到海绵钛的强度σ₀为288MPa。本实施例中眼镜架用纯钛丝材强度要求350～380MPa，预达到目标的抗拉强度σ₁按中间值365MPa计算，需要补强77MPa。

步骤二计算补强需添加的Fe、O元素量：

σ₁-σ₀＝aFe+bO                                       (2)

式(2)中σ₁为预达到的抗拉强度；σ₀为海绵钛的强度。式(2)Fe、O表示需要添加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为Fe元素和O元素的强化系数；a和b分别为72和1200。

σ₁＝365MPa，σ₀＝288MPa，a＝72，b＝1200代入式(2)中，Fe、O元素添加含量百分比按1.3∶1，计算得出Fe、O两元素需要添加量的重量百分比分别为0.078和0.06。

步骤三确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加重量

根据式(2)得到需要添加Fe、O元素两种元素的重量百分数分别为0.078和0.06，其中O元素以TiO₂形式添加，TiO₂的添加重量为添加氧重量的2.5倍。熔锭重量为1000Kg，需要添加TiO₂粉重量为1000×0.06％×2.5＝1.5Kg，需要添加纯铁屑的重量为1000×0.078％＝0.78Kg，其中添加TiO₂粉和铁屑的纯度为99.5％以上。

本实施例还提出了一种眼镜架用纯钛丝材的制备方法，具体过程为：

步骤1.制作电极；将海绵钛和需要添加的铁屑、TiO₂粉置于自动混料机构中混合均匀，得到混合体。用3000T液压机压制成电极块，电极块的尺寸为240mm×280mm×400mm，重量约80Kg，电极块密度≥3.2g/cm³。压制好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极。

步骤2.制备铸锭；将电极置于VCF3000真空电弧炉中熔炼，熔炼过程中稳弧后电流控制在12-17KA，电压29-38V，预抽真空到5×10^-1Pa，熔炼过程中保持真空度不小于1.5Pa，稳弧电流10A，熔炼至电极块完全熔化。一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200℃出炉。将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭。对得到的二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层；超声波探伤切除冒口，车光锭净尺寸为Φ480×1100，重量为910Kg。分别在车光钛铸锭头部和尾部取样进行化学成分检测，各元素含量重量百分比为：C0.007/0.007，H 0.001/0.001，O 0.091/0.095，N 0.001/0.002，Fe 0.08/0.09。

步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050℃并保温6小时后，在1500T油压机上开坯，锻造成250mm×250mm的方坯。方坯加热至900℃保温3小时后，对方坯料进行锻造，加工成Φ120mm的棒料。对得到的棒料表面处理，清理去除表面裂纹、深坑。对棒料进行轧制时，将棒料加热至850℃保温1.5小时后轧制Φ50mm的棒料。对棒料加热至820℃保温1小时，轧制成Φ11mm盘条；对盘条整体退火，退火温度680℃。

步骤4.拉拔丝材；盘条经多次修磨去除表面缺陷后，采用室温辊模拉拔加工成Φ2.4mm丝材，拉拔过程中分别在Φ8mm、Φ6mm、Φ4.5mm、Φ3.3mm时进行中间真空退火，退火温度650℃，最终成品650℃真空退火。

步骤5.力学性能测试；截取两根试样进行力学性能测试，测试结果如表2所示。

表2 Φ2.4丝材力学性能

产品最终力学性能达到预期目标。

实例三

一种Φ5.5mm纯钛丝材，要求抗拉强度550MPa以上，同时要求塑性指标延伸率A不小于15％。为保证材料的塑性指标，以抗拉强度550MPa为预期目标值。采用1级海钛进行熔炼，海绵钛中各元素含量重量百分比为：C 0.01，H 0.001，O 0.065，N 0.004，Fe 0.03，Si 0.01。

本实施例在纯钛铸锭熔炼过程中添加重量百分比为0.17的O元素和0.204的Fe元素。其中O元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添，其中O、Fe元素增加量按1∶1.2计算。Fe和O元素的添加量为整个纯钛铸锭的重量百分比。对钛铸锭按本发明提出的工艺进行锻造、轧制、拉拔、退火等过程，制备出强度可控的Φ5.5mm纯钛丝材，满足眼镜架用纯钛丝材的要求。

本实施例确定纯钛铸锭材料中O元素和Fe元素添加量方法为：

步骤一计算海绵钛强度

根据原始海绵钛的成分计算出原始海绵钛的强度σ₀，计算公式如下：

σ₀＝235+aFe+bO+cN+dC+eSi               (1)

式(1)中σ₀计算结果单位为MPa。式(1)中的Fe、O、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、c、d和e分别为Fe元素、O元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别为72、1200、2000、720和200。

将C＝0.01、H＝0.001、O＝0.065、N＝0.004、Fe＝0.03和Si＝0.01代入式(1)中，得到海绵钛的强度σ₀为322MPa。本实施例中眼镜架用纯钛丝材预达到目标的抗拉强度σ₁按550MPa计算，需要补强228MPa。

步骤二计算补强需添加的Fe、O元素量：

σ₁-σ₀＝aFe+bO                                    (2)

式(2)中σ₁为预达到的抗拉强度；σ₀为海绵钛的强度。式(2)Fe、O表示需要添加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为Fe元素和O元素的强化系数；a和b分别为72和1200。

σ₁＝550MPa，σ₀＝322MPa，a＝72，b＝1200代入式(2)中，O、Fe元素添加含量百分比按1∶1.2，计算得出O、Fe两元素需要添加量的重量百分比为0.177和0.212。

步骤三确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加重量

根据式(2)得到需要添加O、Fe元素两种元素的重量百分数为0.177和0.212。其中O元素以TiO₂形式添加，TiO₂的添加重量为添加氧重量的2.5倍。熔锭重量为800Kg，需要添加TiO₂粉重量为800×0.177％×2.5＝3.54Kg，需要添加纯铁屑的重量为800×0.212％＝1.70Kg，其中添加TiO₂粉和铁屑的纯度为99.5％以上。

本实施例还提出了一种眼镜架用纯钛丝材的制备方法，具体过程为：

步骤1.制作电极；用电子天平称取已经确定重量的铁屑和TiO₂粉，重量精确到1克，将海绵钛、铁屑和TiO₂粉置于自动混料机构中混合均匀，得到混合体。用3000T液压机压制成电极块，电极块的尺寸为240mm×280mm×400mm，重量约80Kg，电极块密度≥3.2g/cm³。压制好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极。

步骤2.制备铸锭；将电极置于VCF3000真空电弧炉中熔炼，熔炼过程中稳弧后电流控制在11-15KA，电压29-38V，预抽真空到5×10^-1Pa，熔炼过程中保持真空度不小于1.5Pa，稳弧电流10A，熔炼至电极块完全熔化。一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200℃出炉。将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭。对得到的二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层；超声波探伤切除冒口，车光锭净尺寸为Φ360×1600，重量为730Kg。分别在车光钛铸锭头部和尾部取样进行化学成分检测，各元素含量重量百分比为：C0.011/0.012，H 0.001/0.001，O 0.243/0.248，N 0.004/0.005，Fe 0.24/0.26。

步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050℃并保温6小时后，在1500T油压机上开坯，锻造成250mm×250mm的方坯。方坯加热至900℃保温3小时后，对方坯料进行锻造，加工成Φ120mm的棒料。对得到的棒料表面处理，清理去除表面裂纹、深坑。对棒料进行轧制时，将棒料加热至850℃保温1.5小时后轧制Φ50mm的棒料。对棒料加热至820℃保温1小时，轧制成Φ9.5mm盘条；对盘条整体退火，退火温度680℃。

步骤4.拉拔丝材；盘条经多次修磨去除表面缺陷后，采用400℃丝模拉拔加工成Φ7mm的丝材，650℃退火后，丝模400℃拉拔到Φ5.5mm。经碱、酸洗去除表面氧化皮后成产品，成品丝材650℃真空退火。

步骤5.力学性能测试；截取两根试样进行力学性能测试，测试结果如表3所示。

表3Φ5丝材力学性能

产品最终力学性能达到预期目标。

Claims (5)

1.一种眼镜架用纯钛丝材，其特征在于，在纯钛铸锭熔炼过程中添加入重量百分数为0～0.20的O元素和0～0.26的Fe元素。

2.如权利要求书1述一种眼镜架用纯钛丝材，其特征在于，O元素以二氧化钛粉末状形式添加，Fe元素为颗粒状或碎屑状纯铁形式添加。

3.一种确定权利要求1所述眼镜架用纯钛丝材中O元素和Fe元素添加量的方法，其特征在于，具体过程包括以下步骤：

步骤1，确定海绵钛强度；利用公式(1)得出原始海绵钛的强度σ₀：

σ₀＝235+aFe+bO+cN+dC+eSi            (1)

式(1)中的Fe、O、N、C、Si分别表示各元素在海绵钛中含量的重量百分数；a、b、c、d和e分别为Fe元素、O元素、N元素、C元素和Si元素的强化系数；a、b、c、d和e分别为72、1200、2000、720和200；

步骤2，确定补强需添加的Fe、O元素量：

σ₁-σ₀＝aFe+bO                                    (2)

式(2)中σ₁为预达到的抗拉强度；σ₀为海绵钛的强度；式(2)Fe、O表示需要添加Fe、O元素的在纯钛丝材中的重量百分数，a和b分别为Fe元素和O元素的强化系数；

根据式(2)得到所需添加的Fe元素和O元素的增加量；

步骤3，确定纯钛材料熔炼过程中Fe和TiO₂的添加量；根据Fe元素、O元素的增加量和预熔炼钛锭的重量，确定熔炼过程中Fe和TiO₂的添加量。

4.如权利要求3所述一种眼镜架用纯钛丝材，其特征在于，Fe元素添加重量为预熔炼钛锭的重量与式(2)Fe元素含量增加量直接相乘；Fe元素添加物纯度不低于99.5％；O元素以TiO₂粉的形式加入，TiO₂粉的重量为2.5倍的O元素含量增加量乘以预熔炼钛锭的重量。

5.一种制备如权利要求1所述眼镜架用纯钛丝材的方法，其特征在于，具体制备过程为：

步骤1.制作电极；将海绵钛和需要添加的铁屑、TiO₂粉置于自动混料机构中混合均匀，得到混合体；通过压力机将混合体压制成电极块，该电极块的密度≥3.2g/cm³；压制好的电极块在真空箱中等离子束拼焊成熔炼钛锭用的电极；

步骤2.制备铸锭；将电极置于真空电弧炉中熔炼，熔炼时稳弧后电流为10-17KA，电压为29-38V，预抽真空到5×10^-1Pa，熔炼过程中保持真空度不小于1.5Pa，稳弧电流10A；熔炼至电极块完全熔化；一次熔炼结束后，保持真空度不变，钛锭随炉冷却到200℃出炉；将熔炼完的一次钛锭重置真空炉中，以相同的工艺参数进行二次熔炼，得到二次钛铸锭；对二次钛铸锭进行机械加工去除表面杂质层，超声波探伤切除冒口，分别在车光钛铸锭头部和尾部取样进行化学成分检测；

步骤3.锻造与轧制；对经过表面处理的钛锭锻造开坯，钛锭加热至1050℃并保温3～6小时后，在油压机上开坯，锻造成方坯；方坯加热至900℃保温2～4小时后，对方坯料进行锻造，加工成棒料；对得到的棒料表面处理；通过打磨清理、去除棒料表面缺陷；对棒料进行轧制时，将棒料加热至850℃保温1～2小时后轧制，使棒料直径减小；轧制盘条，对棒料加热至820℃保温1小时，轧制成盘条，对盘条整体退火，退火温度为680℃；

步骤4.拉拔丝材；多次修磨去除盘条表面缺陷，采用丝模或辊模拉拔成丝材，拉拔中当盘条的变形量40～50％时，进行中间退火，退火温度为650℃，保温1小时后继续拉拔，直至达到成品尺寸；对拉拔得到的丝材进行退火，退火温度为650℃，保温1小时；

步骤5.截取两根试样进行力学性能测试。