董 洁1 刘 洋2 刘东虎2
1 宝鸡拓普达钛业有限公司 陕西宝鸡 721014；2 宝鸡好得钛业有限公司 陕西宝鸡 721014
摘要：通过四种试制方案对Φ7.5mm TC4钛合金医用棒材研制，获得四种方案棒材组织、力学性能。试验结果：试制1、2工艺方案，可获得力学性能满足Rm≥930MPa、Rp0.2≥860MPa、A≥16%、Z≥30%，高倍组织达到标准GB/T 13810（图A1-A3）的高塑性Φ7.5mm小规格医用棒材。
关键词： TC4；棒材；拉拔工艺；力学性能；显微组织
1 前言
TC4钛合金是目前应用最广的一种α+β型钛合金，其用量占钛合金总消耗量的50%以上，它含有6%的α稳定元素Al及4%的β稳定元素V，具有优异的综合性能，具有与人体的生物相容性好、在人体环境中的耐腐蚀性好等优点，广泛应用在制药工业、医疗器械、人体植入物等领域。它具有①钛密度低，使医用件轻巧，舒适感好；②钛有合适的强度和高的疲劳强度，可满足骨头、关节、手术器械和康复器械的强度要求；③钛耐蚀（化学稳定性好），抗体液腐蚀，适于身体各部件使用；④生物相容性好，无毒性（无致炎、致癌作用），其腐蚀产物也无毒，也不向体外扩散，而是集中在植入物附近；⑤力学相容性好，钛合金的弹性模量可降至50～100GPa，减少应力屏蔽，与人体骨头匹配性好；⑥低X射线吸收率，医检时，X射线可视性好；⑦形状记忆功能，可用做脊柱叫矫形棒、骨钉、内固定器、聚髋器、内支架等应用；⑧有良好加工成形性，适于制成板、棒、丝、管、毛细管、异形件等医用制品。
美国、英国和俄罗斯首先将Ti-6AL-4V合金用于人体。Ti-6AL-4V和Ti-6AL-4VELI是迄今为止一直广泛应用于植入物材料的重要合金。随着钛合金在医用领域的发展，为获得能满足U型椎弓根螺钉（实物照片见图1）高塑性，高扭转角的需求，研制Φ7.5mm小规格棒材，棒材力学性能：Rm≥930MPa、Rp0.2≥860MPa、A≥16%、Z≥30%，高倍组织达到标准GB/T 13810（图A1-A3），进行不同拉拔工艺研究。
图1 U型椎弓根螺钉 图2 Φ9.5mm棒坯原始高倍照片
1 试验材料准备及试验工艺
1.1试验材料
实验采用锭型Φ600mm，锭重3000kg。铸锭经3次真空自耗电弧炉熔炼，化学成份：Al 5.8～6.2，V 4.0～4.2，Fe 0.1～0.2，C <0.02，N <0.01，O 0.10～0.15，余量为钛，α+β/β相的转变温度为960～990℃。
试验采用Φ9.5mm棒坯，棒坯原始高倍照片见图2。棒坯制作工艺采用相变点以上1050～1150℃开坯，采用宽砧拔长变形，变形量为50～70%，相变点以下30～50℃采用2火轧制变形，变形量为70～90%。
1.2拉伸工艺
拉伸工艺试验按4种方案进行，方案具体内容见表1。
表1 制造工艺试验
2 试验结果及分析
2.1 拉拔工艺对高倍组织的影响
在OLYMPUS GX71金相显微镜下观察，TC4合金Φ7.5小规格棒材550℃/600℃/650℃/700℃/750℃热处理后的显微组织形貌，4种方案的高倍组织如图3所示。
图3 方案1.2.3.4的高倍组织200×
从图3中可以看出，各方案各热处理制度横向显微组织差异不大，均为球状α+β转组织，均符合GB/T 16598图A1级。组织细小均匀，为均匀的两相区加工组织，这是由于各方案两相区变形量较充分，变形均匀有关。
2.2 拉拔工艺对力学性能的影响
经过4种拉拔工艺经各种热处理后棒材各取一套纵向拉伸试样，分别在INSTRON5885拉伸试验机上测试，其力学性能如表2所示。
表2 棒材的力学性能
从表2可以看出，方案1-4在相同热处理制度下强度值相当，而塑性值方案1，方案2明显高于方案3，方案4；原因：棒材拉伸过程中受的是两相压应力，一向拉应力，大拉拔比更有利于晶粒破碎，在相同热处理制度下，方案1、2伸长率高于方案3、4 2-4%，端面收缩率高出10-17%。
同时从表2可以看出，随着热处理温度提高，强度下降，塑性提高。当热处理温度低于700℃时，金属残余应力不完全清除影响金属的塑指标，而在700-750℃热处理时，棒材软化明显，拉拔过程中产生的内应力得到充分回复。此时，棒材的强度值和塑性值配比最佳。
3 结论
（1）高塑性TC4医用U型椎弓根螺钉（实物照片见图1），采用大拉拔比更有利于晶粒破碎，在相同热处理制度下，采用方案1、2伸长率高于方案3、4 2-4%，端面收缩率高出10-17%。
（2） 采用方案1、2生产的7.5mm棒，两方案生产的棒材金相组织都满足GB/T 13810标准要求。
（3）TC4Φ7.5mm棒材，在700-750℃热处理时，棒材软化明显，内部残余应力得到充分清除。此时，棒材的强度值和塑性值配比最佳。
REFERENCES
[1]贺开运，孙荣科，袁瑞琛.宇航材料的锻造和性能[M].北京：国防工业出版社，1977：300
[2]B K 亚历山大， 宁兴龙. 钛合金半成品加工[M].西安：稀有金属材料与工程，1984。
[3]胡宗式. TC11 合金超声探伤中杂波与组织的关系[C].第11届全国钛及钛合金学术交流会文集，200。
作者简介：
董洁，女，1977年生，高级工程师，宝鸡钛业股份有限公司。
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传输线路被人掐断；有的因房屋加层或防水处理时将雨量计、太阳能板擅自拆除，随意放置而损坏。
（七）运维经费（含备品备件）未足额落实到。大部县（市）运维经费（含备品备件）是通过安排少量专项经费解决，少部县（市）是年度部门预算经费保障，另外省厅下拔了少量的补助经费，运维经费严重不足，有些站点因无备品备件无法修复。
四、解决问题的对策
（一）进一步落实工作责任。根据湖北省水利厅《关于山洪灾害防治县级非工程措施项目水雨情自动监测站运行维护移交有关事项的通知》（鄂水利函[2015]243号）和湖北省水文水资源局《关于做好山洪灾害防治县级非工程措施项目水雨情自动监测站运行维护工作的通知》（鄂水文函[2015]39号）精神，水雨情自动监测站产权属于县级水行政主管部门，抓好自动监测站的看护管理，落实自动监测系统的委托看护责任和看护经费到位；县市政府应在年度部门预中安排足额运维费，提供保障；市、县水文部门承担运行维护职责，负责自动监测站运行维护和工作环境维护；市水利局抓好监，协调参建单位解决好遗留向题；市防办代表市防指督查督办县市政府落实责任，评估系统效益等。
（二）出实招硬招督促施工单位限期完成验收遗留问题的处理。如合肥三立公司承担的后河、熊家畈、姚八斗3个卫星站的改造，亿立能气泡式水位计与三立公司RTU通讯协议技术问题；陕西颐兴公司承建的软件系统存在部分水位站信息不能入库，雨量站日、月、年累计雨量错等软件问题；特别2016年度山洪灾害防治项目（标段1）施工单位北京奥特美克公司，遗留问题较多，有24个雨量站和41个图像站长期不在线，好在还有近半的合同款未支付，在清理出问题清单后，由市水利和湖泊局督促各县（市）水利和湖泊局发函施工单位限期解决遗留问题，否则由业主通过项目监理公司另找公司处理，发生的一切费用直接冲抵合同款。
（三）组织全面排查整改。自2009年试点县山洪自动监测站建设至今，山洪自动站已进入故障多发期，加上2016年特大暴雨洪水破坏，设备损毁、老化严重。各县（市）水利和湖泊局要联合水文部门，全面排查自动监测站存在的问题，针对功能受损、备品备件零储备等突出问题，采取有效措施坚决整改，及时修复。
（四）要足额落实自动站县级运行维护经费。财政部、水利部在《中央财政山洪灾害防治经费使用管理办法》（财农[2014]1号）中明确，山洪灾害防治预警预报系统运行维护经费由地方财政部门承担。同时国家防汛抗旱总指挥部办公室、财政部在《关于印发山洪灾害防治非工程措施运行维护指南的通知》（办汛[2015]19号）中要求，地方财政在年度部门预算中要足额安排山洪灾害防治非工程措施运行维护管理经费。为此，各县（市）水行政主管部门要足额落实本级山洪灾害自动站点运行维护经费，确保山洪预警系统的正常运行。
结语：
我国以非工程措施为重点的山洪灾害防治研究起步较晚，但我国近年来山洪灾害频发，造成了严重的经济损失和人民群众生命安全，因此对于此方面的研究是一项非常重要和紧迫的工作。本文针对黄冈市山洪灾害进行了研究，首先根据文献调研和实际考察研究了黄冈市山洪灾害防御的现状，其次根据相关的要求和技术规范，对山洪灾害自动站存在的问题和解决方法进行了研究。
参考文献：
[1]丁娇. 山洪灾害监测预警管理系统设计与实现[D].山东大学，2015.
[2]郭力源. 山洪灾害监测预警系统的设计与实现[D].西安电子科技大学，2014.
[3]卢桂花.山洪地质灾害防治单雨量自动站的维修经验[J].青海气象，2014（03）：42-44.
论文作者:董洁1,刘洋2,刘东虎2
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/16
标签：山洪论文; 灾害论文; 方案论文; 棒材论文; 拉拔论文; 组织论文; 经费论文; 《防护工程》2019年16期论文;