一种医用低模量钛合金棒材的热处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种医用低模量钛合金棒材的热处理方法，当热处理炉温度升高到770℃～820℃，将规格在Φ6mm～Φ14mm范围内的Ti13Nb13Zr钛合金轧制棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温0.5h～1h，水冷；再次将棒材放入320℃～370℃热处理炉内保温5～8h，空冷至室温；再次将棒材放入500℃～550℃热处理炉内保温5～10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10℃范围内。本发明的热处理方法解决了Ti13Nb13Zr钛合金棒材强度的问题。采用本发明热处理方法可大大提高Ti13Nb13Zr钛合金棒材的强度，并确保塑形合适，保持较低的弹性模量，可满足应用于脊柱矫形棒、接骨螺钉、髓内钉等医用外科植入物器件。
【专利说明】一种医用低模量钛合金棒材的热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有色金属加工领域，涉及一种医用低模量钛合金的热处理方法。
【背景技术】
[0002]与传统Ti6A14V钛合金相比，β新型钛合金Til3Nbl3Zr具有与人体骨骼更为接近的低弹性模量，且采用Nb、Zr代替A1、V，生物力学相容性优异，是一种优良的医用钛合金材料。
[0003]但Til3Nbl3Zr钛合金棒材采用传统的固溶处理后，材料的力学性能较差，主要表现在强度较Ti6A14V钛合金低很多，抗拉强度Rm —般低于800Mpa，而Ti6A14V钛合金抗拉强度Rm在900Mpa以上，差距较大。由于医用外科植入物器件脊柱矫形棒、接骨螺钉、髓内钉在使用过程中承受的拉伸、弯曲、扭转等复杂应力作用，因此限制了 Til3Nbl3Zr钛合金棒材的医学应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种医用低模量钛合金的热处理方法，解决Til3Nbl3Zr钛合金棒材强度低的问题。
[0005]本发明 所采用的技术方案是，医用低模量钛合金的热处理方法，具体按照以下步骤进行:
[0006]当热处 理炉温度升高到770°C~820°C，将规格在Φ6πιπι~Φ14πιπι范围内的Til3Nbl3Zr钛合金轧制棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温0.5h~lh，水冷；再次将棒材放入320°C~370°C热处理炉内保温5~8h，空冷至室温；再次将棒材放入500°C~550°C热处理炉内保温5~10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10°C范围内。
[0007]采用本发明热处理方法处理的规格在Φ6πιπι~Φ14πιπι范围内的Til3Nbl3Zr钛合金棒材强度得到很大提高，抗拉强度Rm可达950Mp以上，屈服强度Rp0.2可达850Mp以上，延伸率A可达10 % -15 %，弹性模量约80GPa，与Ti6A14V钛合金相比，强度、塑形相当，弹性模量低30%左右(Ti6A14V钛合金弹性模量IlOGPa左右)。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为采用本发明实施例1处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材的高倍组织照片；
[0009]图2为采用本发明实施例2处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材的高倍组织照片；
[0010]图3为采用本发明实施例3处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材的高倍组织照片；
[0011]图4为采用本发明实施例4处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材的高倍组织照片；
[0012]图5为采用传统工艺方法处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材的高倍组织照片。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。[0014]本发明的医用钛合金棒材的热处理方法的过程为，加热、装料、保温、出炉、空冷至室温，其具体按以下步骤进行:
[0015]当热处理炉温度升高到770°C~820°C，将规格在Φ6mm~Φ14mm范围内的Til3Nbl3Zr钛合金轧制棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温0.5h~lh，水冷；再次将棒材放入320°C~370°C热处理炉内保温5~8h，空冷至室温；再次将棒材放入500°C~550°C热处理炉内保温5~10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10°C范围内。
[0016]传统采用固溶处理方法是将棒材在800°C下保温0.5h后水冷。这种方法处理后获得的Til3Nbl3Zr钛合金棒材强度太低，抗拉强度一般在700MPa左右，不满足医用外科植入器件的使用要求。
[0017]采用本发明的这种“固溶+双时效”的热处理方法，能有效提高材料的强度，并保证足够的塑形及保持较低的弹性模量。材料经过“固溶+双时效”处理后，双时效能够有效提高材料的强度；同时，高温时效处理使得低温时效阶段基体内形成的ω相(脆性相)分解，确保材料的塑韧性。
[0018]实施例1:
[0019]当热处理炉温度升高到800°C，将Til3Nbl3Zr钛合金Φ6mm棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温0.5h，水冷；再次将棒材放入350°C热处理炉内保温5h，空冷至室温；再次将棒材放入520°C热处理炉内保温5h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10°C范围内。
[0020]实施例2:
[0021]当热处理炉温度升高到780°C，将Til3Nbl3Zr钛合金Φ8mm棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温lh，水冷；再次将棒材放入350°C热处理炉内保温5h，空冷至室温；再次将棒材放入510°C热处理炉内保温10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在土 10°C范围内。
[0022]实施例3:
[0023]当热处理炉温度升高到810°C，将Til3Nbl3Zr钛合金Φ12mm棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温lh，水冷；再次将棒材放入340°C热处理炉内保温7h，空冷至室温；再次将棒材放入520°C热处理炉内保温10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在土 10°C范围内。
[0024]实施例4:
[0025]当热处理炉温度升高到800°C，将Til3Nbl3Zr钛合金Φ14mmι棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温lh，水冷；再次将棒材放入360°C热处理炉内保温8h，空冷至室温；再次将棒材放入540°C热处理炉内保温8h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10°C范围内。
[0026]采用实施例1-实施例4方法热处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材高倍组织显示在原始β基体内析出了大量细条状、短棒状、点状α+β转变组织，如图1-图4;而传统方法热处理后的Til3Nbl3Zr钛合金棒材高倍组织为β单相区固溶处理后的α+β转变组织，且α相含量较少，呈现细条状，如图5。
[0027]下表为本发明使用的热处理方法与传统工艺方法制得的Til3Nbl3Zr钛合金棒材力学性能对比，其中采用的传统工艺步骤为将棒材在800°C下保温0.5h后空冷至室温。[0028]
【权利要求】
1.一种医用低模量钛合金棒材的热处理方法，其特征在于按以下步骤进行: 当热处理炉温度升高到770 V~820°C，将规格在Φ6πιπι~Φ 14mm范围内的Til3Nbl3Zr钛合金轧制棒材坯料装入炉内均温区，加热到温后保温0.5h~lh，水冷；再次将棒材放入320°C~370°C热处理炉内保温5~8h，空冷至室温；再次将棒材放入50(TC~550°C热处理炉内保温5~10h，空冷至室温。所有保温阶段炉温波动在±10°C范围内。
【文档编号】C22F1/18GK103668023SQ201210325433
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】樊亚军, 魏芬绒, 李雷, 陈志宏, 曹继敏, 杨华斌, 罗斌莉 申请人:西安赛特思迈钛业有限公司