CN102990283B - 医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法，通过下述步骤完成：坯料准备、下料、开坯锻造、变形加工、退火处理、热矫直、车削加工、低温精密矫直、二次抛光、检验成品包装。本发明的有益效果是，精整处理前对棒材进行车削加工时，可以将棒材直径直接加工到成品棒材尺寸，车削棒材时产生的废屑可重新回收利用,经济价值很高；而且精整处理时加热温度较低，对棒材的金相组织影响小，几乎没有改变，延长了棒材的使用寿命，增加了棒材的机械强度；同时精整处理时因加热温度较低，棒材表面的氧化皮极薄，矫直时棒材整体的压痕较小，矫直后不需磨削加工进接进入抛光机进行两次抛光即可达到成品棒材对粗糙度1.6um和尺寸公差要求。
Description
技术领域
本发明属金属材料加工技术领域，具体涉及一种医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法。
背景技术
现有医用钛合金棒材的制备方法，在精整处理时一般采用去应力矫直法，在精整处理前车削加工时，棒材最小需留0.30mm-0.40mm的余量，而且采用此方法加热时棒材温度较高，一般纯钛棒材需加热到550℃-600℃，钛合金棒材需加热到650度-700度，在这样的高温条件下，棒材表面的氧化皮较厚，材质整体变软，矫直时棒材整体压痕较深，最小值也会达到0.10mm而仅靠抛光不能消除这些不利因素，因此必须通过磨削才能消除这些不利因素，磨削加工粗糙度达6.4um，必须还要进行两次抛光才能达到成品棒材的要求，而且麿削加工费工费时，产生的磨屑与砂粒掺杂一起，回收价值较低，因此有必要对制备方法改进。
发明内容
本发明的目的是提供医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法，在精整处理后无需磨削加工，直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求的粗糙度1.6um和尺寸公差要求，制备工艺简单。
本发明采用的技术方案：医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法，具体按照步骤实施：
步骤1坯料准备
选用符合GB/T13810-2007标准要求的钛或钛合金锭作为坯料；
步骤2开坯锻造
将纯钛坯料或将钛合金坯料放入电阻炉内加热，将纯钛坯料放入电阻炉内加热到950℃-1050℃或将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1000℃-1200℃，保温1-4小时，用锤打设备使纯钛坯料或钛合金坯料变形率达到50%-65%得纯钛坯锭或钛合金坯锭；
步骤3切制
将纯钛坯锭或钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭或小钛合金坯锭；
步骤4变形加工
将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到850℃-1000℃或将小钛合金坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃-1150℃，保温1-4小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭或小钛合金坯锭变形率达到50%-65%制成纯钛棒材或钛合金棒材；
步骤5退火处理
将纯钛棒材放入加热炉内加热至650℃-700℃或将钛合金棒材放入加热炉内加热至800℃-850℃，保温1-4小时；
步骤6热矫直
将保温后的纯钛棒材或钛合金棒材使用6辊或10辊粗矫直机进行热矫直并空冷；
步骤7车削
将空冷后的纯钛棒材或钛合金棒材用无心车床车削到成品棒材尺寸；
步骤8精整处理
将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至300℃-400℃或将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至500℃-550℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
本发明的特征还在于，
步骤2中，锤打设备为液压机、气锤或电液锤。
步骤2中，将纯钛坯料放入电阻炉内加热到980℃-1000℃或将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1050℃-1150℃，保温2-3小时，用锤打设备使纯钛坯料或钛合金坯料变形率达到56%-60%得纯钛坯锭或钛合金坯锭。
步骤4中，将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到900℃-950℃或将小钛合金坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃-1050℃，保温2-3小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭或小钛合金坯锭变形率达到56%-60%制成纯钛棒材或钛合金棒材。
本发明与现有技术相比的优点：
1、精整处理前对棒材进行车削加工时，可以将棒材直径直接加工到成品棒材尺寸，车削棒材时产生的废屑可重新回收利用,经济价值很高。
2、精整处理时加热温度较低，对棒材的金相组织影响小，几乎没有改变，延长了棒材的使用寿命，增加了棒材的机械强度；
3、精整处理时因加热温度较低，棒材表面的氧化皮极薄，矫直时棒材整体的压痕较小，矫直后不需磨削加工而直接进入抛光机进行两次抛光即可达到成品棒材对粗糙度1.6um和尺寸公差要求；
4、省去一道磨削加工工序，节省人力、物力和财力。
具体实施方式
本发明的医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法，具体按照步骤实施：
步骤1坯料准备
选用符合GB/T13810-2007标准要求的钛或钛合金锭作为坯料；
步骤2开坯锻造
将纯钛坯料或将钛合金坯料放入电阻炉内加热，将纯钛坯料放入电阻炉内加热到950℃-1050℃或将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1000℃-1200℃，保温1-4小时，用锤打设备使纯钛坯料或钛合金坯料变形率达到50%-65%得纯钛坯锭或钛合金坯锭；
步骤3切制
将纯钛坯锭或钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭或小钛合金坯锭；
步骤4变形加工
将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到850℃-1000℃或将小钛合金坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃-1150℃，保温1-4小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭或小钛合金坯锭变形率达到50%-65%制成纯钛棒材或钛合金棒材；
步骤5退火处理
将纯钛棒材放入加热炉内加热至650℃-700℃或将钛合金棒材放入加热炉内加热至800℃-850℃，保温1-4小时；
步骤6热矫直
将保温后的纯钛棒材或钛合金棒材使用6辊或10辊粗矫直机进行热矫直并空冷；
步骤7车削
将空冷后的纯钛棒材或钛合金棒材用无心车床车削到成品棒材尺寸；
步骤8精整处理
将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至300℃-400℃或将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至500℃-550℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
其中，步骤2中锤打设备为液压机、气锤或电液锤。
优选的，步骤2中，将纯钛坯料放入电阻炉内加热到980℃-1000℃或将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1050℃-1150℃，保温2-3小时，用锤打设备使纯钛坯料或钛合金坯料变形率达到56%-60%，得到纯钛坯锭或钛合金坯锭。
优选的，步骤4中，将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到900℃-950℃或将小钛合金坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃-1050℃，保温2-3小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭或小钛合金坯锭变形率达到56%-60%制成纯钛棒材或钛合金棒材。
实施例1
下面结合棒材直径公差等级在h7-h8之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的纯钛坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将纯钛坯料放入电阻炉内加热到950℃，保温1小时，用液压机使纯钛坯料变形率达到50%得纯钛坯锭；将纯钛坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到850℃，保温1小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到50%制成纯钛棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将纯钛棒材放入加热炉内加热至650℃，保温1小时；将保温后的纯钛棒材使用6辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的纯钛棒材用16型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至300℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例2
下面结合棒材直径公差等级在h7-h8之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的纯钛坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将纯钛坯料放入电阻炉内加热到1050℃，保温4小时，用气锤使纯钛坯料变形率达到65%得纯钛坯锭；将纯钛坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃，保温4小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到65%制成纯钛棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将纯钛棒材放入加热炉内加热至700℃，保温4小时；将保温后的纯钛棒材使用10辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的纯钛棒材用30型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至400℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例3
下面结合棒材直径公差等级在h7-h8之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的纯钛坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将纯钛坯料放入电阻炉内加热到990℃，保温2.5小时，用电液锤使纯钛坯料变形率达到58%得纯钛坯锭；将纯钛坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到920℃，保温2.5小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到58%制成纯钛棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将纯钛棒材放入加热炉内加热至675℃，保温2.5小时；将保温后的纯钛棒材使用6辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的纯钛棒材用16型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至350℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例4
下面结合棒材直径公差等级在h7-h8之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的纯钛坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；其次，将纯钛坯料放入电阻炉内加热至980℃，恒温保温3.5小时，选液压机，使纯钛坯料变形率达到55%，将纯钛坯料锻造成方口为190mm的纯钛坯锭，打磨去除毛刺及裂纹等表面缺陷，然后根据成品棒材需要的重量/规格将纯钛坯锭切断成为小纯钛坯锭，将小纯钛坯锭放入电阻炉内加热至950℃，保温2小时零10分，选液压机使小纯钛坯锭变形率达到60%，将小纯钛坯锭锻造成纯钛棒材，经检查，切除纯钛棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对纯钛棒材作再结晶退火处理，退火温度为680℃，保温时间为70分钟；对经退火处理后的纯钛棒材，采用6辊粗矫直机进行热矫直，消除纯钛棒材较大的弯度变形并空冷；将空冷后的纯钛棒材用30型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热到350℃，取出后放入10辊精矫直机内矫直，因为精整处理时纯钛棒材温度只有350℃，在纯钛棒材表面产生的氧化皮很薄，而且矫直时纯钛棒材整体的压痕很浅，只有0.005-0.01mm，所以不需对纯钛棒材再进行磨削加工，直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材对粗糙度1.6um和尺寸公差要求。最后采用激光测径仪对成品棒材进行外径检测，并对其化学成分、物理性能及晶相组织按标准要求进行检验。
实施例5
下面结合棒材直径公差等级在h9-h10之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛合金棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的钛合金坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1000℃，保温1小时，用液压机使钛合金坯料变形率达到50%得钛合金坯锭；将钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃，保温1小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到50%制成钛合金棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将钛合金棒材放入加热炉内加热至800℃，保温1小时；将保温后的钛合金棒材使用6辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的钛合金棒材用16型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至500℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例6
下面结合棒材直径公差等级在h9-h10之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛合金棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的钛合金坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1200℃，保温4小时，用气锤使钛合金坯料变形率达到65%得钛合金坯锭；将钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到1150℃，保温4小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到60%制成钛合金棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将钛合金棒材放入加热炉内加热至850℃，保温4小时；将保温后的钛合金棒材使用10辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的钛合金棒材用30型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至550℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例7
下面结合棒材直径公差等级在h9-h10之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛合金棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的钛合金坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1100℃，保温2.5小时，用电液锤使钛合金坯料变形率达到58%得钛合金坯锭；将钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭；将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到1020℃，保温2.5小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭变形率达到57%制成钛合金棒材；切除棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对棒材作再结晶退火处理，将钛合金棒材放入加热炉内加热至820℃，保温2.5小时；将保温后的钛合金棒材使用6辊粗矫直机进行热矫直并空冷；将空冷后的钛合金棒材用16型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至520℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材要求。
实施例8：下面结合棒材直径公差等级在h9-h10之间、直径为9.5mm，长度为3m的医用高精度钛合金棒材的制备过程，对具体实施方式作进一步的详细描述。
首先，选用直径为360mm，长度为1.7m的钛合金坯料，切除经超声波探伤后确定存在缺陷的部分；其次，将钛合金坯料放入电阻炉内加热至1100℃，恒温加热保温3.5小时，选电液锤使钛合金坯料变形率达到60%，将钛合金坯料锻造成方口为190mm的钛合金坯锭，打磨去除毛刺及裂纹等表面缺陷，然后根据成品棒材需要的重量/规格将钛合金坯锭切断成为小钛合金坯锭，将小钛合金坯锭放入电阻炉内加热至1020℃，保温2小时零10分，选线材轧制设备使小钛合金坯锭变形率达到62%，将小钛合金坯锭锻造成钛合金棒材，经检查，切除钛合金棒材的裂开部分并修磨表面裂纹，再对钛合金棒材作再结晶退火处理，退火温度为830℃，保温时间为70分钟，对经退火处理后的钛合金棒材，采用6辊粗矫直机进行热矫直，消除钛合金棒材较大的弯度变形并空冷；将空冷后的钛合金棒材用30型无心车床车削到成品棒材尺寸，只需留0.05mm左右的余量即可；将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热到520℃，取出后放入10辊精矫直机内矫直，因为精整处理时钛合金棒材温度只有520℃，在钛合金棒材表面产生的氧化皮很薄，而且钛合金棒材整体的压痕很浅，只有0.005-0.01mm，所以不需对钛合金棒材进行磨削加工，直接进入抛光机进行两次抛光处理即可达到成品棒材对精糙度1.6um和尺寸公差要求。最后采用激光测径仪对成品棒材进行外径检测，并对其化学成分、物理性能及晶相组织按标准要求进行检验。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (1)
1.医用高精度钛及钛合金棒材的制备方法，其特征在于，具体按照步骤实施：
步骤1坯料准备
选用符合GB/T13810-2007标准要求的钛或钛合金锭作为坯料；
步骤2开坯锻造
将纯钛坯料或将钛合金坯料放入电阻炉内加热，将纯钛坯料放入电阻炉内加热到980℃-1000℃或将钛合金坯料放入电阻炉内加热到1050℃-1150℃，保温2-3小时，用液压机、气锤或电液锤使纯钛坯料或钛合金坯料变形率达到56％-60％得纯钛坯锭或钛合金坯锭；
步骤3切制
将纯钛坯锭或钛合金坯锭切成成品棒材需要重量的小纯钛坯锭或小钛合金坯锭；
步骤4变形加工
将小纯钛坯锭再次放入电阻炉内加热到900℃-950℃或将小钛合金坯锭再次放入电阻炉内加热到1000℃-1050℃，保温2-3小时，用线材轧制设备使小纯钛坯锭或小钛合金坯锭变形率达到56％-60％制成纯钛棒材或钛合金棒材；
步骤5退火处理
将纯钛棒材放入加热炉内加热至650℃-700℃或将钛合金棒材放入加热炉内加热至800℃-850℃，保温1-4小时；
步骤6热矫直
将保温后的纯钛棒材或钛合金棒材使用6辊或10辊粗矫直机进行热矫直并空冷；
步骤7车削
将空冷后的纯钛棒材或钛合金棒材用无心车床车削到成品棒材尺寸；
步骤8精整处理
将车削后的纯钛棒材放入箱式电炉内加热至300℃-400℃或将车削后的钛合金棒材放入箱式电炉内加热至500℃-550℃，然后取出放入10辊精矫直机内进行精密矫直达到0.5/1000mm直线度要求，然后直接进入抛光机进行两次抛光处理即得。
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