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一种高强度Ti-6Al-4V钛合金丝材制备工艺的研究
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-07-06
钛及钛合金具有较低的弹性模量、耐腐蚀，生物及力学相容性优异，广泛应用于外科植入物。近些年来有关医用钛合金的研究报道很多，产品规格主要为板棒材，应用于外科创伤用接骨板及固定螺钉，这对于骨折块的固定是很有效的。对于短小骨折或撕脱骨折等应力不大的骨折固定，采用细丝制作而成的克氏针，直径一般在0.8～2.5mm。Ti-6Al-4V钛合金由于具有高强度、高韧性等优异的力学性能，是一种理想的外科植入物材料。为了达到很好的固定连接效果，材料必须具备高拉伸强度，同时也需良好的塑性及弯曲特性。传统方法采用冷拉加工的不锈钢丝，但是材料塑性很差，伸长率不到5%，弯曲特性很差。本文采用Ti-6Al-4V钛合金，通过合金中间隙元素氧的合理调控，采用轧制坯料热拉拔的方式，制备出超高强度的Ti-6Al-4V钛合金直丝，并分析不同氧含量及工艺控制对材料力学性能的影响，以期获得最佳的制备方法。
Ti-6Al-4V钛合金采用名义成分配比、混料、压制电极、经真空自耗两次重熔，制得一系列Φ460mm铸锭。铸锭经β单相加热锻造开坯制得Φ220mm×400mm试验锻坯，开坯锻造的终锻温度较一般Ti-6Al-4V钛合金铸锭的温度略低，约800℃。对Φ220mm×400mm锻坯采用α+β两相区加热锻造、大变形控温轧制成Φ8mm坯料；再进行孔模控温热拉拔，制得Φ1mm、Φ2mm、Φ2.5mm三种规格的钛合金丝材，分析不同材料及工艺参数对Ti-6Al-4V钛合金丝材力学性能的影响。实验按V(HF∶HNO3∶H2O)=1∶3∶10的酸配比腐蚀Ti-6Al-4V钛合金。
通过两相区大变形控温热轧，Ti-6Al-4V钛合金晶粒得到细化，控温热拉拔获得超细晶粒的丝材，晶粒约0.5μm；且随着合金中氧含量的增加、拉拔规格的细化，丝材的力学性能提高，塑性下降；综合比较发现：含氧0.14wt%Ti-6Al-4V Φ2.0mm丝材抗拉强度和塑性分别达到1270MPa和12%，综合力学性能优良，非常适合应用于医用克氏针产品。超细晶粒Ti-6Al-4V丝材室温拉伸时发生沿等轴α相晶界的韧性断裂，超细晶粒及高密度位错是材料获得高强度的根本所在。
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