CN107214474A - 一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，具体为：首先选取横向组织优于ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下加热，保温，轧制；然后将棒坯去除氧化皮、冷连轧为多棱丝材；对多棱丝材进行规圆，并矫直、磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。本发明方法选取合适的坯料加工工艺来改善材料成形性，通过成品加工方式和变形量的配合来控制丝材的组织性能，采用本发明方法制备得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材，比常规热拉拔工艺得到的丝材组织均匀，强度高，各项性能均可达到髓内针等高强高韧外科植入物用Ti6Al7Nb丝材的要求。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法。
背景技术
Ti6Al7Nb钛合金具有低的密度、合适的强度、优良的生物相容性、耐腐蚀性、可加工性，且不含有害元素“V”等特点，被用来加工髓内针，骨钉、关节柄等人体植入件，在生物医用材料领域广泛使用。GB/T、ISO和ASTM等标准对外科植入物用Ti6Al7Nb钛合金的性能规定：退火态和热加工态丝棒材，抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥800MPa，延伸率≥10％，断面收缩率≥25％。
Ti6Al7Nb钛合金工艺性能不佳，易开裂，采用常规的制备方法很难稳定生产出强度高、塑性适中的丝材，尤其是用来加工髓内针等零件的高强高韧丝材。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，解决了现有方法难以稳定生产出具有高强度、良好塑性的Ti6Al7Nb钛合金丝材的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，棒坯轧制：
选取横向组织优于ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下加热，保温，轧制；
步骤2，制备多棱丝材：
将经步骤1轧制的棒坯采用无心车车削，100％去除氧化皮，然后在室温下冷连轧，得到多棱丝材；
步骤3，丝材规圆：
将步骤2得到的多棱丝材，在室温下规圆拉拔为圆形丝材；
步骤4，丝材矫直精整：
对步骤4得到的圆形丝材进行矫直、磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
本发明的特点还在于，
步骤1中加热温度为相变点以下10℃～50℃，保温时间至少为min。
步骤1中轧制道次为14～18道次，道次变形量为10％～25％，累积变形量不小于95.5％。
步骤2中去除氧化皮后棒坯的丝材同棒差≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。
步骤2中冷连轧至少5道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧累积变形量≥40％。
步骤3中采用多道次规圆拉拔，道次变形量≤6％，累积变形量≥10％。
步骤4中矫直在室温下进行。
本发明的有益效果是，本发明一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，选取合适的坯料加工工艺来改善材料成形性，通过成品加工方式和变形量的配合来控制丝材的组织性能，采用本发明方法制备得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材，比常规热拉拔工艺得到的丝材组织均匀，强度高，各项性能均可达到髓内针等高强高韧外科植入物用Ti6Al7Nb丝材的要求。
附图说明
图1是本发明制备得到的高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的各项力学性能图。
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。
本发明一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，选取横向组织优于ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下10℃～50℃加热，炉内保温至少min(R坯为坯料直径/mm)后开始轧制，轧制道次为14～18道次，道次变形量为10％～25％，累积变形量不小于95.5％。
步骤2，对经步骤1轧制的棒坯采用100％无心车削去除氧化皮，丝材同棒差≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm，室温下冷连轧至少5道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧累积变形量≥40％，得到多棱丝材；
步骤3，将多棱丝材在室温下进行多道次规圆拉拔变形，拉丝模具为圆形辊模，道次变形量≤6％，累积变形量≥10％，得到圆形丝材；对圆形丝材冷矫直，磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
图1是采用本发明方法制备得到的高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的各项力学性能图。数据显示，本发明方法制备得到的丝材抗拉强度≥1250MPa，屈服强度≥1020MPa，延伸率≥10％，断面收缩率≥35％，普通丝材的技术指标为抗拉强度≥900MPa，屈服强度≥800MPa，延伸率≥10％，断面收缩率≥25％，可以看出，本发明方法制备得到的丝材抗拉强度远远高于普通丝材，塑性与之相当。
实施例1
步骤1，选取规格为Φ45mm，横向组织符合ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，实测相变点为1010℃，置于箱式电阻炉中，在1000℃下加热，炉内保温55min后开始轧制，采用14道次轧制，道次变形量为10％～18％，轧至Φ9.5mm(累积变形量95.5％)；
步骤2，将步骤1轧制得到的棒坯利用无心车车削表面至Φ8mm，100％去除氧化皮，控制丝材同棒差为0.05mm，表面粗糙度Ra实测1.6μm，室温下冷连轧，轧制道次为6道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧至5.74mm(累积变形量为48％)，得到多棱丝材；
步骤3，将冷连轧后5.74mm多棱丝材在室温下经多道次圆形辊模拉拔至Φ5.4mm，道次变形量为1％～4％，累积变形量为11％；丝材冷矫直，磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
实施例2
步骤1，选取规格为Φ52mm，横向组织符合ETTC2A4级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，实测相变点为1005℃，置于箱式电阻炉中在980℃下加热，炉内保温60min后开始轧制，采用18道次轧制，道次变形量为15％～25％，轧至Φ6.5mm(累积变形量98.5％)；
步骤2，将步骤1轧制得到的棒坯利用无心车车削表面至Φ4.8mm，100％去除氧化皮，控制丝材同棒差为0.06mm，表面粗糙度Ra实测1.2μm，室温下冷连轧，轧制道次为5道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧至3.68mm(累积变形量为40％)，得到多棱丝材；
步骤3，将冷连轧后3.68mm多棱丝材在室温下经多道次圆形辊模拉拔至Φ3.4mm，道次变形量为4％～6％，累积变形量为14％；丝材冷矫直，磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
实施例3
步骤1，选取规格为Φ50mm，横向组织符合ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，实测相变点为1010℃，置于箱式电阻炉中，在960℃下加热，炉内保温60min后开始轧制，采用16道次轧制，道次变形量为12％～22％，轧至Φ7.5mm(累积变形量97.5％)；
步骤2，将经步骤1轧制得到的棒坯利用无心车车削表面至Φ6mm，100％去除氧化皮，控制丝材同棒差为0.08mm，表面粗糙度Ra实测1.4μm，室温下冷连轧，轧制道次为5道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧至4.59mm(累积变形量为42％)，得到多棱丝材；
步骤3，将冷连轧后4.59mm多棱丝材在室温下经多道次圆形辊模拉拔至Φ4.35mm，道次变形量为2％～5％，累积变形量为10％；丝材冷矫直，磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
Claims (7)
1.一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，棒坯轧制：
选取横向组织优于ETTC2A5级的Ti6Al7Nb钛合金棒坯，置于箱式电阻炉中，在相变点以下加热，保温，轧制；
步骤2，制备多棱丝材：
将经步骤1轧制的棒坯采用无心车车削，100％去除氧化皮，然后在室温下冷连轧，得到多棱丝材；
步骤3，丝材规圆：
将步骤2得到的多棱丝材，在室温下规圆拉拔为圆形丝材；
步骤4，丝材矫直精整：
对步骤4得到的圆形丝材进行矫直、磨光，即得到高强Ti6Al7Nb钛合金丝材。
2.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中加热温度为相变点以下10℃～50℃，保温时间至少为
3.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤1中轧制道次为14～18道次，道次变形量为10％～25％，累积变形量不小于95.5％。
4.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中去除氧化皮后棒坯的丝材同棒差≤0.08mm，表面粗糙度Ra≤1.6μm。
5.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤2中冷连轧至少5道次，道次变形量为10％～11％，冷连轧累积变形量≥40％。
6.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤3中采用多道次规圆拉拔，道次变形量≤6％，累积变形量≥10％。
7.根据权利要求1所述的一种高强Ti6Al7Nb钛合金丝材的制备方法，其特征在于，所述步骤4中矫直在室温下进行。
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