Показать метаданные Скрыть метаданные

(19)

(11)

2 840 551

(13)

(51)

МПК

B21C19/00(2006-01-01)

B21C1/02(2006-01-01)

B21C37/04(2006-01-01)

B23P9/00(2006-01-01)

B23P15/00(2006-01-01)

(21) (22)

Заявка

2024114069, 2024-05-23

(24)

Дата начала отсчета патента

2024-05-23

(22)

дата подачи заявки

2024-05-23

(45)

опубликовано

2025-05-26

(72)

авторы

Харьковский Дмитрий НиколаевичКропачев Алексей СергеевичХарин Александр АлександровичБаженов Игорь Николаевич

(73)

патентообладатели

Акционерное Общество Механический Завод"

(56)

Документы, цитированные в отчете о поиске

US 6077369 A, 20.06.2000US 5357776 A1, 25.10.1994.

Способ изготовления прутков из титана и сплавов на его основе Российский патент 2025 года по МПК B21C19/00 B21C1/02 B21C37/04 B23P9/00 B23P15/00

Описание патента на изобретение RU2840551C1

Изобретение относится к области обработки металлов давлением в частности к способам изготовления прутков из титана и сплавов на его основе диаметром от 5 до 15 мм. Оно может быть использовано для получения изделий медицинского назначения: костных имплантатов, дентальных протезов, хирургического инструмента и других изделий, с высокой биологической совместимостью с биологическими тканями и жидкостями, не оказывающие токсического влияния на живые организмы и не вызывающие отторжения.

Для изготовления изделий медицинского назначения к пруткам из титана и сплавов на его основе предъявляются жесткие требования к точности размеров.

Наиболее близкий к предлагаемому изобретению является способ выпрямления катанки из титана и титановых сплавов (патент US 6077369А, опубл. 20.06.2000), включающий получение титановой заготовки, горячий прокат титановой заготовки в катанку, намотку катанки в бухту, холодное волочение катанки, нарезку катанки на мерные длины, нагрев нарезанных кусков катанки до температуры правки, горячую правку нарезанной катанки до достижения определенного удлинения куска катанки методом растяжения и последующее охлаждение катанки под натяжением до прямолинейности менее 1 мм/м. Горячую правку катанки из титанового сплава проводят при температуре от 410 до 900 °С до достижения удлинения от 0,5 до 10 % и условии, что температура правки (Т) и удлинение (Е) связаны выражением E(T-400) ≥ 100. Горячую правку катанки из титана проводят при температуре от 520 до 1000 °С до достижения удлинения от 0,5 до 8 % и условии, что температура правки и удлинение связаны выражением E(T-500) ≥ 100.

Известный способ не позволяет получить прутки из титана и сплавов на его основе требуемой точности размеров.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке способа изготовления прутков из титана и сплавов на его основе диаметром от 5 до 15 мм с высокими требованиями к точности размеров, используемых для дальнейшего изготовления изделий медицинского назначения.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления прутков из титана и сплавов на его основе, отличающийся тем, что осуществляют получение прутковой заготовки из титана и сплавов на его основе, горячую прокатку прутковой заготовки в пруток, черновую бесцентровую обточку прутка для удаления поверхностного некондиционного слоя, калибровку прутка или холодное волочение прутка и последующую его калибровку, нарезку прутка на мерные длины, горячую правку прутка при температуре правки от 600 до 900 °С методом растяжения с удлинением не более 1%, охлаждение прутка под натяжением до получения прямолинейности прутка менее 1 мм/м и финишную бесцентровую обточку поверхности прутка. Калибровку прутка осуществляют с относительной деформацией не более 18 % путём его волочения через фильеру со скоростью протяжки не более 2 м/мин или ковкой на ротационно-ковочной машине со скоростью перемещения не более 2 м/мин. Допускается после горячей прокатки прутковой заготовки в пруток проводить намотку прутка в бухту.

Нагрев заготовки в атмосфере без защитных сред в ходе горячей прокатки неизбежно приводит к окислению и газонасыщению поверхности металла заготовки. Кроме этого, после горячей прокатки из-за теплоотдачи с окружающей средой и контакта с инструментом, поверхностные слои металла остывают значительно раньше остального объёма, что приводит к появлению различных микродефектов: трещин, вдавленных частиц окалины, следов и вмятин от контакта с оснасткой и инструментом. Для исключения наследования поверхностных микродефектов, газонасыщенных и окисленных участков с заготовки на изделие, предложено перед холодным волочением выполнять черновую бесцентровую обточку для удаления поверхностного некондиционного слоя.

Для достижения высокой точности размера прутка при калибровке путем волочения используют, как правило, твердосплавные или алмазные фильеры. Ввиду высоких сил трения и скольжения на поверхности контакта рабочего пояска фильеры с прутком происходит большое тепловыделение и существенный локальный разогрев поверхностных слоёв металла. Это приводит к выдавливанию или выгоранию смазки и подсмазочного слоя в зоне контакта «металл-инструмент» и соответственно к большему увеличению силы трения, что приводит к налипанию металла на фильеру. Следует заметить, что интенсивность локального разогрева, нарушение подсмазочного слоя и выгорание смазки возрастает с увеличением скорости волочения и разовой деформации. Образовавшиеся налипания металла способствуют образованию недопустимых дефектов на поверхности обрабатываемого изделия, таких как надиры, вырывы и обрывы. Дефекты поверхности не позволяют достичь высокой точности размеров даже с последующей обточкой, а в случае их значительной глубины они не полностью удаляются обточкой, что недопустимо и приводит к браку. Также налипания металла вызывают необходимость ремонта инструмента. Для минимизации разогрева и снижения вероятности налипаний металла на фильеру, а также для повышения точности размеров, калибровку путем волочения через фильеры труднодеформируемых и склонных к налипанию материалов, таких как титановые сплавы, рекомендуется проводить при небольших скоростях протяжки и небольших относительных разовых деформациях. В ходе экспериментальных работ было установлено, что скорость протяжки при калибровке прутков из титана и сплавов на его основе путем волочения, не должна превышать 2 м/мин, а максимально допустимая величина относительной деформации при этом должна быть более 18%.

При калибровке прутков на ротационно-ковочной машине ввиду отсутствия сил трения скольжения, на поверхности контакта металла с инструментом (бойками) вероятность налипания металла на рабочую поверхность инструмента существенно ниже. Однако в случае увеличения скорости перемещения прутка или величины относительной деформации точность калибруемого изделия снижается, вследствие повышения сопротивления материала, увеличения давления на инструмент, а следовательно, больших упругих деформаций бойков, оснастки и других элементов оборудования. Кроме этого, высокая скорость перемещения и высокая относительная деформация при ковке на ротационно-ковочной машине для труднообрабатываемых и низкопластичных сплавов может привести к нарушению их сплошности: порам, трещинам, выкрашиванию или отслоению металла. В заявляемом способе опытным путем было определено, что калибровку прутков из титана и сплавов на его основе на ротационно-ковочной машине необходимо проводить со скоростью перемещения не более 2 м/мин и относительной деформации не более 18 %, это позволит получить прутки требуемой точности размеров и высоким качеством поверхности.

Реализация способов изготовления прутков из титана и сплавов на его основе по прототипу и предложенному способу.

Пример 1. Изготовление прутков диаметром 6,5 мм из сплава Ti-6Al-4V по прототипу.

Из прутковой заготовки сплава Ti-6Al-4V диаметром 35 мм горячим прокатом при температуре 800°С на стане продольной прокатки изготовили пруток диаметром 10,0 мм и смотали его в бухту. Провели два прохода волочения на роликовых кассетах сначала в пруток диаметром 7,8 мм, а затем диаметром 7,0 мм. Полученный пруток нарезали на мерные длины по 3500 мм, которые подогрели до температуры (750 - 800)°С и провели горячую правку растяжением до получения удлинения прутка 0,5 %. После правки провели финишную бесцентровую обточку прутка в диаметр 6,5 мм.