TC4钛合金人工关节的精密锻造

1、TC4Precision Forging of TC4 titanium on A Iloy A rtificial Joints北京百慕航材高科技股份有限公司（100095）熊震国杨超林郝树本唐至今李园春根据人工关节零件的技术条件要求.确定了其精密模锻的工艺方案。在1 600t曲柄压 力机上利用机械压力机恒载荷精锻方法成功地实现了 TC4钛合金人工关节的精密锻造.锻件 符合YY0117. 1-93外科植入物骨关节假体锻、铸件（TC4钛合金锻件）标准c精密模锻人工关节TC4钛合金Keywords precisbn forging, artificial joints. TC4 litaniun

2、i alfoy2 . 2002 1© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 近十多年来.生物医用材料及制品的市场始终 保持在20%左右的増长速度。人工关节技术在国外 大约始于40年代。我国在60年代以后逐步开展，随 着工业水平的提高.我国在30年内开展了人工关节 的研制及各种类型的人工关节的应用逐步跟上了 世界人工关节技术的发展。由于钛合金具有比强度 高、与有机体亲和力较强等优点.在人工关节中使用 较为广泛，其中以傩关节临床用量最大。我公司最近承担某一型号人

3、工髓关节的研制项 Bo其外观如图1所示材料为TC4钛合金。图丨精密人工关节锻件毛坯在此之前一直采用铸件，由千铸造组织存在疏 松韧性差等缺点拟改为锻件。该锻件尺寸精度要 求较高厚度方向要求为土Q 1mm,除柄端外，其他 部位不进行机加工只需抛修和光饰即可。1.锻造温度范围的确定TC4属于两相钛合金.其”转变温度一般为 950£锻造温度通常选取在相变点以下24 3CTC 左右，因此锻造温度选取在930 土 109。2锻造工序的确定根据该锻件和钛合金锻造的特点制定以下工步：下料-制坯-吹砂-浸涂润滑剂f终锻-吹砂 清理f入库1.锻件尺寸的影响因素锻件尺寸精度包括平面和厚度尺寸精度平面 尺寸

4、公差由模具加工精度和防止模具错移的工艺装 备来保证而厚度尺寸精度控制则是机械压力机锻 造的关键问题。从锻造工艺因素对锻件尺寸精度的 影响来看直接影响锻件厚度尺寸精度的因素有：1）锻造温度的波动：2）模具温度的影响:3）毛 坯尺寸的影响：4）润滑本身的影响:5）操作速度的 影响。2机械压力机恒载荷精密锻造原理机械压力机采用曲柄连杆机构传递运动和载 荷在常规模锻条件下锻造过程的栽荷按变形需要 由压力机自动加栽，当锻造条件（如毛坯尺寸、加热 温度、模具温度、操作时间和润滑条件等）变化时锻 造载荷就随之变化锻造载荷所引起的机床（含曲 轴、连帜滑堀立柱等）弹性变形也随之变化因此 锻件厚度也会发生变化.同

5、批锻件的厚度也就不同. 其公差带可达到lmm以上不能满足精锻和锻件 技术条件的要求o为使锻件厚度一致必须使机械压力机的每个 锻造行程的机床总变形相同即把机械压力机的常 规变栽荷锻造变成恒栽荷锻造。我们实现恒栽荷锻 造的方法是对现有机械压力机的常规工艺装备进行 改造，即把开式模锻的工艺装备变成闭式精锻的工 艺装备借助于吻合板固定压力机行程使压力机每 一锻造行程都输出相同，且稍大于本批每个锻件变形所需要的载荷即可把机械压力机变载荷和锻件 变厚度的常规模锻变成恒栽荷和锻件厚度一致的恒 栽荷精锻C钛合金人工关节精密锻造工艺中的润滑技术 是实现精密成形控制尺寸精度、表面质量和冶金质 量的关键也是改善锻造

6、工艺过程中的摩擦条件，改 善金属流动特性减小模具磨损和腐蚀降低锻造载 荷的重要环节。我公司使用的钛合金防护润滑剂其主要成分为 SDaAIQaBQj,该防护润滑冷层數滸在金属表面 上.经热变形时能在金属瓮面形成连续、致密的涂 层其摩撩系数值对钛合金“豕()I:还可以防止毛 坯氧化和在加热及热变形时吸收有害气体:并具有 很好的绝热性能其热导系数仅为a 0094 Q 0146 J/cm s °Co在锻件的杆部取出拉伸试样(工作部分为X25nm)在室温条件下进行机械性能的測 试其数据如下表1所示；表I锻件的机械性能测试结果试样编号抗拉强度 aAtPa规定非比例 伸长应力 a 2/Mpa期后伸

7、长率5%断面收缩 率JH-I97396716 052 8JH-21(X)49891Q 65L 2JH399298215 054 0标准但>910>840>10A 30运用机械压力机恒载荷精密锻造技术和钛合 金的防护润滑技术研制的人工关节锻件锻造流线分 布合理组织与机械性能指标均达到YY0117. 1-93 外科植入物骨关节假体锻、铸件(TC4钛合金锻件) 标准且优于铸造人工关节现已实现了小批量生产。L金相组织图2是该批锻件的原材料的金相组织照片。S2 TC4原材料的金相组织X200该关节在锻造后进行了 75(rcxih的退火热处 理。低倍组织表明流线沿轮廓合理分布在该锻件的

8、杆部取金相试样进行其高倍组织观察，由均匀细小 等轴卅B组织组成.组织照片如下图3所示。将锻件的金相组织照片和标准YY0117. 1 0117. 3- 93外科植入骨关节假体锻、铸件中的图谱 进行比较符合标准中1级金相组织的要求o图3锻件的金相组织X2002机械性能I北京市科委主编北京市新材料产业发展报告20002吕厚山主编人工关节外科学北京:科学技术出版社. 19983王乐安钛合金叶片精锻技术及推广应用航空科学技 术.1996. (6):40书目定价(加邮费)设备工程实用手册132元i殳备工程名词术语62元设备维护保养手册17元机械维修工程与技术25元全国机床产品供货目录(1999)340元润滑与液压2001论文集80元设备管理2001论文集50元诊断技术、设备管理2000论文集100元电气维修实用技术手册115元:46:100007:(010)640