1、媒介
TC20钛合金名义成分为 Ti-6Al-7Nb,其拥有低的密度、相宜的强度以及良好的生物相容性、耐侵蚀性、可加工性等特点,被宽泛用作生物医用资料[1]。TC20钛合金选取与V 有一样原子浓度的无毒害的β不变元素Nb 代替V,解除了对人体有害元素的影响,经持久临床利用后,现已被世界医学界所认可,将逐步取代Ti-6Al-4V 钛合金[2]。国内TC20钛合金重要产品大局以棒材为主,随着医疗领域市场的不休拓展,对TC20钛合金板材的需要日益旺盛,而目前关于TC20钛合金板材造备工艺的钻研较少。牛中杰[3] 等钻研发现TC20钛合金坯料轧造在两相区900℃~ 960℃进行,火次变形量节造在50% ~ 70%,坯料轧造后显微组织为典型双态组织,重要为球状α+ 晶间β或β转变组织,在两相区轧造晶粒通常较细,并且可能切合ETTC2 尺度的A1 ~ A9金相图谱,同时拥有良好的力学机能。在TC20钛合金板材工业化出产过程中,通例力学机能和表观尺寸已经能够得到不变节造,但是在显微组织批次不变性方面还有改善空间。

基于以上布景和近况,本文的重要主张是通过钻研TC20钛合金板坯铸造工艺、轧造工艺和热处置工艺对组织和机能的影响,优化出最佳工艺参数,为现实出产提供领导和借鉴。
2、尝试
2.1 尝试资料
尝试选用宝鸡钛业股份有限公司经3 次VAR 熔炼的TC20钛合金铸锭,化学成分切合GB/T13810-2017尺度划定,具体如表1 所示。选取金相法测得其相变点为1010℃。

2.2 尝试步骤
将铸锭在长度方向上进行二等分,在单相区进行加热,别离采取未墩拔和两镦两拔铸造工艺进行板坯造备,板坯在两相区进行单向轧造和交叉轧造,板材制品厚度为20mm,用水切割步骤取横向室温拉伸和金相组织试样后进行热处置尝试,具体热加工工艺和热处置尝试规划见表2。在CMT5105 电子全能试验机上测试室温拉伸机能。金相试样经砂纸打磨和机械抛光后,选取配比为HF :HNO3 :H2O=1 :3 :9( 体积分数)的侵蚀液侵蚀,用Axiovert200mat 光学显微镜进行显微组织观察。
3、了局与会商
3.1 铸造工艺对板材显微组织的影响
以单向轧造后的板材为对象,分析两种铸造工艺对板材显微组织的影响,见图1 和图2。了局批注,板坯造备时未镦拔,板材的显微组织中条状α相的比例较大,且α相的尺寸差距较大,部门区域荟萃大尺寸的条状α相,部门区域的条状α相尺寸藐幼,并且这两种区域呈互订交错散布;在热处置过程中,随着温度的升高,条状α相的比例逐步减幼,900℃时显微组织中的条状α相没有齐全解除,显微组织不均匀。板坯造备选取镦拔工艺后,显微组织也是由条状α相组成,但条状α相的尺寸差距不大,组织均匀性好;在热处置过程中,大部门条状α相出现再结晶景象,转造成等轴α相,组织均匀性显著改善。组织评级批注,选取镦拔工艺的板材显微组织切合ETTC2 尺度中的A3 ~ A6级;选取未墩拔的板材组织均匀性较差,组织评级不切合ETTC2 尺度中的A1 ~ A9 级。因而,板坯造备选取镦拔工艺可能使制品板材的组织均匀性得到有效改善。

3.2 轧造工艺对板材显微组织的影响
由于镦拔工艺的板材显微组织切合尺度要求,所以分析轧造工艺对板材显微组织的影响以镦拔板坯为对象。图3为TC20钛合金板坯经单向和交叉轧造并热处置后的显微组织,热处置造度为780℃ ×1h,AC。了局批注,选取单向轧造的板材显微组织由长条α相和等轴α相组成,但条状α相的比例多,显微组织不均匀;选取交叉轧造后,板材的显微组织由等轴α相和β转变组织组成,显微组织均匀性优良。
3.3 热处置造度对板材显微组织的影响
通过上述钻研发现,工艺4 的板材显微组织均匀性最好,因而以工艺4 轧造后的板材为对象,钻研热处置工艺对显微组织的影响,了局见图4。经过740℃退火后,大部门条状α相都转造成等轴α相(图4b);在740℃ ~800℃温度领域内退火,随着温度的升高,显微组织的变动不显著(图4b~e);在820℃以上温度退火后,等轴α相出现显著的长大景象(图4f~g)。因而,板材最佳的热处置温度为740℃ ~800℃。
3.4 热加工工艺对室温拉伸力学机能的影响
图5 是板材热处置造度为780℃ ×1h,AC 时,分歧热加工工艺的室温拉伸力学机能。从图5 能够看出,板坯的铸造工艺和板坯轧造工艺对TC20钛合金板材室温拉伸力学机能影响不显著,均能满足GB/T13810-2017 尺度要求。
4、结论
(1)热加工工艺对TC20钛合金板材显微组织均匀性影响显著。选取镦拔板坯+ 纵横向变形比趋于一致的交叉轧造工艺,热处置造度为(740℃~ 800℃)/1h,空冷的工艺组应时能够获得由等轴初生α相和β转变相组成的均匀显微组织,组织评级能够满足ETTC2 尺度中要求的A3 ~ A6级。
(2)热加工工艺对TC20钛合金板材室温拉伸力学机能影响不显著,均能满足GB/T13810-2017 尺度要求。
参考文件:
[1] 姚志建.钛—梦想的人体植入资料[J].医药谍报,1994,(5):17-18.
[2] 李哲,李佐臣. 钛工业进展[J],2004,21(9):16.
[3] 牛中杰,曹继敏,杨冠军,王廷询.Ti-6Al-7Nb 钛合金热加工与热处置工艺钻研[J]. 钛工业进展.2006,23(1):24-27.
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