[发明专利]一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钛合金材料技术领域，具体涉及一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法。

背景技术

目前，国际上主要采用TC4钛合金（即Ti6Al4V）和TC4ELI钛合金（即Ti6Al4VELI）制备关节类和创伤类骨科植入器械，如人工关节、髓内针、接骨螺钉、齿根植入、膝盖骨、髋关节及髋臼等方面，尤其是低间隙TC4ELI钛合金的应用最为广泛。一般符合外科植入钛合金材料产品要求的显微组织为A1级～A9级，其中A1级组织最为细小。另外，研究发现组织中等轴α相的体积分数越多，晶粒越细小，获得的TC4ELI合金生物力学性能越好，这也是医用TC4ELI合金研发领域追求的目标。

而我国生物医用钛合金TC4ELI的应用和开发整体水平不高，工业化规模生产的工艺不稳定，主要是由于采用常规的锻造加工工艺，其锻造温度过高、加工变形量较小、锻造方式选取不当以及后期矫直温度过高等因素，导致获得的Φ8mm～Φ90mm TC4ELI钛合金棒材不仅显微组织细化及性能方面批次稳定性较差，等轴α相体积分数也较少，晶粒破碎不够，等轴晶粒粗大。同时，常用TC4ELI钛合金棒材的工业化加工工序复杂，成本高昂，难以提供低成本、高品质的医用级原材料。

因此，本发明最终目的是提高TC4ELI钛合金棒材的晶粒均匀性和力学性能，具体方法是采用优化或改善医用级棒材的主要加工工艺，获得等轴组织均匀、细晶化的合金棒材，这也是目前TC4ELI钛合金领域急需解决的重大问题。

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TC4ELI钛合金棒材的制备方法。利用该方法制备的TC4ELI钛合金棒材的晶粒均匀细小，显微组织评级高，力学性能优良。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用快锻机对TC4ELI钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到初级锻坯；所述开坯锻造共分2～4火次完成，每火次开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃～200℃；所述TC4ELI钛合金铸锭为圆柱形铸锭，其截面直径为410mm～1020mm，所述初级锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为260mm～550mm；

步骤二、利用自由锻设备对步骤一中所述初级锻坯进行镦拔锻造，水冷后得到中间锻坯；所述镦拔锻造共分6火次完成，第1火次和第2火次镦拔锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃～120℃，第3火次和第4火次镦拔锻造的始锻温度均为β相变点以上25℃～35℃，第5火次和第6火次镦拔锻造的始锻温度均为β相变点以下25℃～35℃；所述中间锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为95mm～150mm；

步骤三、利用精锻机对步骤二中所述中间锻坯进行精密锻造，空冷后得到半成品棒材；所述精密锻造共分1～2火次完成，每火次精密锻造的始锻温度均为850℃～960℃；所述半成品棒材为圆柱形棒材，其截面形状为15mm～90mm；

步骤四、将步骤三中所述半成品棒材依次进行定尺剪切、矫直和退火处理，得到TC4ELI钛合金棒材；所述TC4ELI钛合金棒材为圆柱形棒材，其截面直径为15mm～90mm。

上述的一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述自由锻设备为空气锤、蒸汽锤或水压机。

上述的一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述镦拔锻造为径向十字镦拔锻造。

上述的一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中每火次开坯锻造的终锻温度、步骤二中每火次镦拔锻造的终锻温度和步骤三中每火次精密锻造的终锻温度均不低于700℃。

上述的一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述退火处理的温度为710℃～750℃，所述退火处理的时间为50min～80min；所述矫直的温度为400℃～500℃。

本发明还提供了另外一种TC4ELI钛合金棒材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用快锻机对TC4ELI钛合金铸锭进行开坯锻造，空冷后得到初级锻坯；所述开坯锻造共分2～4火次完成，每火次开坯锻造的始锻温度均为β相变点以上100℃～200℃；所述TC4ELI钛合金铸锭为圆柱形铸锭，其截面直径为410mm～1020mm，所述初级锻坯的截面形状为正方形，正方形的边长为260mm～550mm；