醫(yī)用鈦合金絲材制備工藝的研究
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更新時(shí)間：2016-03-04
采用Ti-6Al-4V鈦合金，通過(guò)合金中間隙元素氧的合理調(diào)控，采用軋制坯料熱拉拔的方式，制備出超高強(qiáng)度的Ti-6Al-4V鈦合金直絲，并分析不同氧含量及工藝控制對(duì)材料力學(xué)性能的影響，以期獲得最佳的制備方法。
近些年來(lái)，有關(guān)醫(yī)用鈦合金的研究報(bào)道很多，產(chǎn)品規(guī)格主要為板棒材，應(yīng)用于外科創(chuàng)傷用接骨板及固定螺釘，這對(duì)于骨折塊的固定是很有效的。對(duì)于短小骨折或撕脫骨折等應(yīng)力不大的骨折固定，采用細(xì)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(qiáng)度、高韌性等優(yōu)異的力學(xué)性能，是一種理想的外科植入物材料。為了達(dá)到很好的固定連接效果，材料必須具備高拉伸強(qiáng)度，同時(shí)也需良好的塑性及彎曲特性。
據(jù)了解，傳統(tǒng)方法采用冷拉加工的不銹鋼絲，但是材料塑性很差，伸長(zhǎng)率不到5%，彎曲特性很差。本文采用Ti-6Al-4V鈦合金，通過(guò)合金中間隙元素氧的合理調(diào)控，采用軋制坯料熱拉拔的方式，制備出超高強(qiáng)度的Ti-6Al-4V鈦合金直絲，并分析不同氧含量及工藝控制對(duì)材料力學(xué)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(jīng)真空自耗兩次重熔，制得一系列Φ460mm鑄錠。鑄錠經(jīng)β單相加熱鍛造開(kāi)坯制得Φ220mm×400mm試驗(yàn)鍛坯，開(kāi)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(duì)Φ220mm×400mm鍛坯采用α+β兩相區(qū)加熱鍛造、大變形控溫軋制成Φ8mm坯料；再進(jìn)行孔?？販?zé)崂?，制得?mm、Φ2mm、Φ2.5mm三種規(guī)格的鈦合金絲材，分析不同材料及工藝參數(shù)對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金絲材力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)按V(HF∶HNO3∶H2O)=1∶3∶10的酸配比腐蝕Ti-6Al-4V鈦合金。
通過(guò)兩相區(qū)大變形控溫?zé)彳?，Ti-6Al-4V鈦合金晶粒得到細(xì)化，控溫?zé)崂潍@得超細(xì)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(guī)格的細(xì)化，絲材的力學(xué)性能提高，塑性下降；綜合比較發(fā)現(xiàn)：含氧0.14wt%Ti-6Al-4V?Φ2.0mm絲材抗拉強(qiáng)度和塑性分別達(dá)到1270MPa和12%，綜合力學(xué)性能優(yōu)良，非常適合應(yīng)用于醫(yī)用克氏針產(chǎn)品。超細(xì)晶粒Ti-6Al-4V絲材室溫拉伸時(shí)發(fā)生沿等軸α相晶界的韌性斷裂，超細(xì)晶粒及高密度位錯(cuò)是材料獲得高強(qiáng)度的根本所在。
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