CN111961891A - 一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物医疗金属材料制造领域技术领域，尤其为一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，先进行铸锭熔炼选料，用纯钛棒和纯镍棒组焊真空自耗凝壳炉自耗电极，经过真空自耗凝壳炉熔炼、铸锭扒皮去冒口、组焊真空自耗炉电极、真空自耗炉熔炼、检查铸锭扒皮去冒口，分析成分进行铸锭熔炼，随后利用铸锭对镍钛合金细棒进行制造，把锻棒在电炉里加热，放在旋锻机上精锻，随后把细棒放置在温拉机上选用粉状润滑剂进行中温拉制，最后根据各产品性能要求的不同制定不同的退火工艺，真空退火，将棒材经过磨光并加工成型，本发明生产的引导针有优秀的抗拉伸性能和良好的塑性，同时有很好的超弹性和抗疲劳性能。

Description

一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法
技术领域
本发明涉及生物医疗金属材料制造领域技术领域，具体为一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法。
背景技术
镍钛合金以其良好的生物相容性，耐腐蚀性和优秀的形状记忆性能在生物医疗领域得到应用。血管支架，口腔矫形，脊柱矫形等方面使用较多。骨外科常用的骨导引针和骨针，由于受力情况复杂，不仅需要受扭矩力作用旋转定位，而且受弯曲力和牵引力的复合作用，这就要求制造材料不仅要有优秀的抗拉伸性能和良好的塑性，而且要有很好的超弹性和抗疲劳性能。国内外目前按医用镍钛合金标准生产的镍钛合金材料成分和性能范围的主要设计依据是马氏体转变温度和人体温度的适用性，所以用常用的镍钛合金材料机械性能还不能完全满足骨科导引针和骨针的使用条件要求，因此必须制造一种新成分配方的高性能镍钛合金材料生产导引针和骨针。
钛镍合金的化学成分要求十分苛刻，低间隙杂质的含量要求极低。除原料要求严格外，该合金的熔炼方法对其性能影响很大。国内外熔炼大多采用真空感应炉和水冷铜坩埚真空感应炉熔炼该合金，其中由于该合金化学活性大，真空感应炉的坩埚材料熔炼过程中对其有污染，所以O,H.C的控制很困难，成分一致性差，这就是国内该类合金一直不稳定的原因。虽然水冷铜坩埚真空感应炉虽然能够解决这一问题，但是由于其容量有限，无法工业化生产比较大铸锭和浇注加工材坯料，因此，针对上述问题提出一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：先进行铸锭熔炼选料，用纯钛棒（板），纯镍棒（板），根据真空自耗凝壳炉的容量对自耗电极的尺寸规格要求，在氩气保护下用等离子弧焊机组焊自耗电极；
步骤二：确定真空自耗凝壳炉的熔炼电流，电压，冷却水的水压，真空度控制在极限真空度时开始熔炼，熔炼好的熔液浇注到铸锭模具中，待冷却一定的时间后出炉，并对其铸锭进行车削扒皮，去冒口，分析其化学成分；
步骤三：根据真空自耗炉的容量，把几支真空自耗凝壳炉的铸锭组焊成真空自耗炉用的电极，并确定真空自耗炉的熔炼参数，电流，电压，水温，熔炼后期补缩时间等，在高真空或氩气保护下熔炼，需控制熔化速度，熔炼完成后需等到铸锭冷却到常温下出炉，随后将铸锭检查扒皮去冒口，全面分析其化学成分；
步骤四：利用铸锭对镍钛合金细棒进行制造，镍钛合金锭的锻造开坯一般要选择大吨位的液压快锻机进行，加热要在电阻炉上进行，根据成分和铸锭尺寸的不同，确定加热温度和保温时间，经多次锻打，并进行检查修磨；
步骤五：进行精锻和温拉，把锻棒在电炉里加热，放在旋锻机上精锻，然后扒皮机上扒皮修磨，随后把细棒放置在温拉机上选用粉状润滑剂进行中温拉制，加热在管式电阻炉上进行，根据导向针和骨针的加工规格要求拉制到要求的直径；
步骤六：根据各产品性能要求的不同制定不同的退火工艺，温度范围800-980℃，真空退火。
步骤七：将真空退火后的棒材经过磨光，在数控机床上加工要求的形状和尺寸长度，最后进行成品抛光，表面消毒，检查，包装，生产出导向针和骨针。
优选的，所述铸锭熔炼的选料过程中，用纯钛棒（板）和纯镍棒（板）中钛和镍的含量均大于99.99%。
优选的，所述生产出铸锭的主要成分为镍56.5-57.5，钛43.4-45.5，其余杂质的含量控制在O＜0.08%、H＜0.002、C＜0.02和Fe＜0.04。
优选的，所述步骤四中镍钛合金细棒的直径需要锻造至Φ30，在步骤五的旋锻机精锻将细棒的直径加工至Φ10，并且在管式电阻炉上进行加热温度需要控制在450-550℃范围内。
优选的，所述生产出的导向针和骨针的断裂强度在退货状态下大于950MPa，在加工硬化太下大于1450MPa，在退火态下的延伸率为25-50%，超弹性应变量为8.9%，应力集中系数为8.5Ke。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，采取了和国内外传统的真空感应炉和水冷铜坩埚真空感应炉熔炼不同的熔炼工艺路线，即为真空自耗凝壳炉+真空自耗熔炼炉（VAR）二次熔炼的工艺路线，真空自耗电极凝壳炉的熔池大，有利于合金元素的充分均匀化，防止合金偏析，真空自耗熔炼炉（VAR）熔炼是控制优化铸锭的铸态组织，以利于后续的冷热加工，并且生产出的引导针有优秀的抗拉伸性能和良好的塑性，同时有很好的超弹性和抗疲劳性能。
具体实施方式
实施例：
本发明提供一种技术方案：
一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：先进行铸锭熔炼选料，用纯钛棒，纯镍棒，根据真空自耗凝壳炉的容量对自耗电极的尺寸规格要求，在氩气保护下用等离子弧焊机组焊自耗电极；
步骤二：确定真空自耗凝壳炉的熔炼电流，电压，冷却水的水压，真空度控制在极限真空度时开始熔炼，熔炼好的熔液浇注到铸锭模具中，待冷却一定的时间后出炉，并对其铸锭进行车削扒皮，去冒口，分析其化学成分；
步骤三：根据真空自耗炉的容量，把几支真空自耗凝壳炉的铸锭组焊成真空自耗炉用的电极，并确定真空自耗炉的熔炼参数，电流，电压，水温，熔炼后期补缩时间等，在高真空或氩气保护下熔炼，需控制熔化速度，熔炼完成后需等到铸锭冷却到常温下出炉，随后将铸锭检查扒皮去冒口，全面分析其化学成分；
步骤四：利用铸锭对镍钛合金细棒进行制造，镍钛合金锭的锻造开坯一般要选择大吨位的液压快锻机进行，加热要在电阻炉上进行，根据成分和铸锭尺寸的不同，确定加热温度和保温时间，经多次锻打，并进行检查修磨；
步骤五：进行精锻和温拉，把锻棒在电炉里加热，放在旋锻机上精锻，然后扒皮机上扒皮修磨，随后把细棒放置在温拉机上选用粉状润滑剂进行中温拉制，加热在管式电阻炉上进行，根据导向针和骨针的加工规格要求拉制到要求的直径；
步骤六：根据各产品性能要求的不同制定不同的退火工艺，温度范围800-980℃，真空退火。
步骤七：将真空退火后的棒材经过磨光，在数控机床上加工要求的形状和尺寸长度，最后进行成品抛光，表面消毒，检查，包装，生产出导向针和骨针。
所述铸锭熔炼的选料过程中，用纯钛棒和纯镍棒中钛和镍的含量均大于99.99%；所述生产出铸锭的主要成分为镍56.5-57.5，钛43.4-45.5，其余杂质的含量控制在O＜0.08%、H＜0.002、C＜0.02和Fe＜0.04；所述步骤四中镍钛合金细棒的直径需要锻造至Φ30，在步骤五的旋锻机精锻将细棒的直径加工至Φ10，并且在管式电阻炉上进行加热温度需要控制在450-550℃范围内；所述生产出的导向针和骨针的断裂强度在退货状态下大于950MPa，在加工硬化太下大于1450MPa，在退火态下的延伸率为25-50%，超弹性应变量为8.9%，应力集中系数为8.5Ke。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：先进行铸锭熔炼选料，用纯钛棒（板），纯镍棒（板），根据真空自耗凝壳炉的容量对自耗电极的尺寸规格要求，在氩气保护下用等离子弧焊机组焊自耗电极；
步骤二：确定真空自耗凝壳炉的熔炼电流，电压，冷却水的水压，真空度控制在极限真空度时开始熔炼，熔炼好的熔液浇注到铸锭模具中，待冷却一定的时间后出炉，并对其铸锭进行车削扒皮，去冒口，分析其化学成分；
步骤三：根据真空自耗炉的容量，把几支真空自耗凝壳炉的铸锭组焊成真空自耗炉用的电极，并确定真空自耗炉的熔炼参数，电流，电压，水温，熔炼后期补缩时间等，在高真空或氩气保护下熔炼，需控制熔化速度，熔炼完成后需等到铸锭冷却到常温下出炉，随后将铸锭检查扒皮去冒口，全面分析其化学成分；
步骤四：利用铸锭对镍钛合金细棒进行制造，镍钛合金锭的锻造开坯一般要选择大吨位的液压快锻机进行，加热要在电阻炉上进行，根据成分和铸锭尺寸的不同，确定加热温度和保温时间，经多次锻打，并进行检查修磨；
步骤五：进行精锻和温拉，把锻棒在电炉里加热，放在旋锻机上精锻，然后扒皮机上扒皮修磨，随后把细棒放置在温拉机上选用粉状润滑剂进行中温拉制，加热在管式电阻炉上进行，根据导向针和骨针的加工规格要求拉制到要求的直径；
步骤六：根据各产品性能要求的不同制定不同的退火工艺，温度范围800-980℃，真空退火；
步骤七：将真空退火后的棒材经过磨光，在数控机床上加工要求的形状和尺寸长度，最后进行成品抛光，表面消毒，检查，包装，生产出导向针和骨针。
2.根据权利要求1所述的一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，其特征在于：所述铸锭熔炼的选料过程中，用纯钛棒（板）和纯镍棒（板）中钛和镍的含量均大于99.99%。
3.根据权利要求1所述的一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，其特征在于：所述生产出铸锭的主要成分为镍56.5-57.5，钛43.4-45.5，其余杂质的含量控制在O＜0.08%、H＜0.002、C＜0.02和Fe＜0.04。
4.根据权利要求1所述的一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，其特征在于：所述步骤四中镍钛合金细棒的直径需要锻造至Φ30，在步骤五的旋锻机精锻将细棒的直径加工至Φ10，并且在管式电阻炉上进行加热温度需要控制在450-550℃范围内。
5.根据权利要求1所述的一种高性能医用镍钛合金导引针材料的制造方法，其特征在于：所述生产出的导向针和骨针的断裂强度在退货状态下大于950MPa，在加工硬化太下大于1450MPa，在退火态下的延伸率为25-50%，超弹性应变量为8.9%，应力集中系数为8.5Ke。
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