醫用鈦合金絲材制備工藝的研究
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-03-04
采用Ti-6Al-4V鈦合金，通過合金中間隙元素氧的合理調控，采用軋制坯料熱拉拔的方式，制備出超高強度的Ti-6Al-4V鈦合金直絲，并分析不同氧含量及工藝控制對材料力學性能的影響，以期獲得最佳的制備方法。
近些年來，有關醫用鈦合金的研究報道很多，產品規格主要為板棒材，應用于外科創傷用接骨板及固定螺釘，這對于骨折塊的固定是很有效的。對于短小骨折或撕脫骨折等應力不大的骨折固定，采用細絲制作而成的克氏針，直徑一般在0.8～2.5mm。Ti-6Al-4V鈦合金由于具有高強度、高韌性等優異的力學性能，是一種理想的外科植入物材料。為了達到很好的固定連接效果，材料必須具備高拉伸強度，同時也需良好的塑性及彎曲特性。
據了解，傳統方法采用冷拉加工的不銹鋼絲，但是材料塑性很差，伸長率不到5%，彎曲特性很差。本文采用Ti-6Al-4V鈦合金，通過合金中間隙元素氧的合理調控，采用軋制坯料熱拉拔的方式，制備出超高強度的Ti-6Al-4V鈦合金直絲，并分析不同氧含量及工藝控制對材料力學性能的影響，以期獲得最佳的制備方法。
Ti-6Al-4V鈦合金采用名義成分配比、混料、壓制電極、經真空自耗兩次重熔，制得一系列Φ460mm鑄錠。鑄錠經β單相加熱鍛造開坯制得Φ220mm×400mm試驗鍛坯，開坯鍛造的終鍛溫度較一般Ti-6Al-4V鈦合金鑄錠的溫度略低，約800℃。對Φ220mm×400mm鍛坯采用α+β兩相區加熱鍛造、大變形控溫軋制成Φ8mm坯料；再進行孔模控溫熱拉拔，制得Φ1mm、Φ2mm、Φ2.5mm三種規格的鈦合金絲材，分析不同材料及工藝參數對Ti-6Al-4V鈦合金絲材力學性能的影響。實驗按V(HF∶HNO3∶H2O)=1∶3∶10的酸配比腐蝕Ti-6Al-4V鈦合金。
通過兩相區大變形控溫熱軋，Ti-6Al-4V鈦合金晶粒得到細化，控溫熱拉拔獲得超細晶粒的絲材，晶粒約0.5μm；且隨著合金中氧含量的增加、拉拔規格的細化，絲材的力學性能提高，塑性下降；綜合比較發現：含氧0.14wt%Ti-6Al-4V?Φ2.0mm絲材抗拉強度和塑性分別達到1270MPa和12%，綜合力學性能優良，非常適合應用于醫用克氏針產品。超細晶粒Ti-6Al-4V絲材室溫拉伸時發生沿等軸α相晶界的韌性斷裂，超細晶粒及高密度位錯是材料獲得高強度的根本所在。
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