[发明专利]一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法

说明书

本发明提供了一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，该方法包括：一、对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；二、将TC4钛合金板坯依次进行修磨、退火和温轧，空冷后得到厚度为6mm～26mm的TC4钛合金板材；三、将TC4钛合金板材进行退火处理，空冷后得到超细晶TC4钛合金板材半成品；四、将超细晶TC4钛合金板材半成品依次进行剪切、修磨、矫平、磨光、抛光和酸洗，得到厚度为5mm～25mm的超细晶TC4钛合金板材。本发明将多向锻造工艺和温轧工艺相结合，得到医用超细晶TC4钛合金板材的晶粒尺寸为0.1μm～1μm，且表面平整，组织均匀，力学性能良好，符合GB/T13810‑2007标准的规定。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法。

背景技术

目前国内外医疗器械中80％以上的钛合金原材料为TC4钛合金，主要用于制作口腔牙冠、固定桥、义齿支架等齿科类、关节类和创伤类等植入器械。研究发现，金属材料的性能与其晶粒尺寸密切相关，当金属的晶粒尺寸细化到1μm以下时，可获得由均匀等轴晶组成、大角度晶界占多数的超细晶材料，超细晶材料在室温下具有高强度，高温下具有超塑性。超细晶TC4钛合金与普通的TC4钛合金相比，具有更高的强度、更好的疲劳性能以及更强耐腐蚀性能，在医用材料领域具有广阔的应用前景。

强塑性变形法是国际材料学界公认的制备块体超细晶材料最有前途的方法，可将粗晶金属的晶粒细化至纳米量级，制备的超细晶材料由具有高密度的晶界和较低原子密度的晶间区组成，其晶体区域或其它特征长度的典型尺寸至少在一维方向上为亚微米(0.1μm～1μm)/纳米(＜100nm)。

钛合金的强塑性变形法主要包括：等通道角挤压法(ECAP)、高压扭转法(HPT)、累积叠轧法(ARB)和多向锻造法(MF)。等通道角法和高压扭转法可用来制备三维尺寸较小的超细晶棒材，是工业化生产超细晶钛材的主要方法，但产量较低，且对钛合金材料的塑性、设备和模具要求极高；累积叠轧法能够生产较薄尺寸的薄板和箔带材，且累积叠轧法的工序复杂，容易产生包套废料；多向锻造法通过从不同方向对钛合金实施变形以达到细化晶粒、改善材料性能的目的，大多采用较小尺寸(厚度小于90mm)的钛合金板材进行试验探索，且使用的设备及工装模具较为昂贵和特殊，通过多向锻造法制备的超细晶板材厚度为2mm，长宽为300mm×200mm，不易进行加工，且表面粗糙，平整度较差，力学性能不佳，难以满足医学要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法。该方法以直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭为原料，将多向锻造工艺和温轧工艺相结合，制备的医用超细晶TC4钛合金板材的晶粒尺寸为0.1μm～1μm，厚度为5mm～25mm，抗拉强度为1050MPa～1300MPa，规定非比例延伸强度为1000MPa～1080MPa，断后伸长率为14％～17％；该方法工艺简单，易于实现，对设备的要求低，可满足超细晶TC4钛合金的工业化生产需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种医用超细晶TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用快锻机对直径为90mm～410mm的TC4钛合金圆锭进行多向锻造，冷却后得到厚度为25mm～130mm的TC4钛合金板坯；所述多向锻造中沿TC4钛合金圆锭的三维方向依次进行的三次单向锻造为一次循环，每次所述单向锻造的变形量为40％～60％；所述多向锻造包括2～4次循环；第1次所述循环的始锻温度为1050℃～1150℃，终锻温度不低于700℃，第2次～第4次所述循环的始锻温度均为700℃～1000℃，终锻温度均不低于600℃；