CN115026232A - 一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法 - Google Patents

Abstract

提供一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，属于金属丝材加工技术领域，包括以下步骤：选择合适规格的待拉拔钴镍基合金棒材；通过棒材热旋锻、初始热处理、双重润滑表面处理、拉丝机以半模拉拔的方法进行室温多道次拉拔、精整处理后，完成成品的制备。本发明在钴镍基合金棒材直径较大时采用热旋锻的方法进行减径，在直径较小时采用多道次连续半模拉拔的方法，半模拉拔每道次减径量小于5％，避免了全模拉拔易造成合金丝内部裂纹以及损伤拉丝模具的问题，丝材具有较高抗疲劳性能，通过石墨和金属皂类的双重润滑，拉拔过后的合金丝表面润滑均匀光亮，表面质量高。

Description

一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法

技术领域

本发明属于金属丝材加工技术领域，具体涉及一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法。

背景技术

心脏起搏器是用于人的心脏异常时刺激心脏跳动的植入式医疗器械，但它并不直接植入心脏部位，而是通过导丝连接。导丝需要高生物相容性、高强度和良好耐疲劳性能。钴镍基合金在具有良好生物相容性的基础上还拥有良好的疲劳性能，因此成为应用最广泛的起搏器导丝用材。目前该类合金丝材都是通过拉拔的方法制备的，拉拔不仅效率高，其表面粗糙度也比其他方法好得多，并且需要在拉拔状态下才能达到使用要求。但是钴镍基合金具有很高的应***化指数，即随变形量的增大，合金的强度也增大。对于存在应***化合金来说，应变量越大，合金的变形抗力也越大。特别是应***化指数高的合金在变形量稍大时易导致合金丝的断裂，目前这类合金的拉丝工艺生产工艺复杂，成品率低，而且表面易产生氧化皮，影响合金丝的品质，因此有必要做出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，本发明在钴镍基合金棒材直径较大时采用热旋锻的方法进行减径，在直径较小时采用多道次连续半模拉拔的方法，半模拉拔每道次减径量小于5％，避免了全模拉拔易造成合金丝内部裂纹以及损伤拉丝模具的问题，制造的丝材具有较高抗疲劳性能，通过石墨和金属皂类的双重润滑，拉拔过后的合金丝表面润滑均匀光亮，表面质量高。

本发明采用的技术方案：一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，包括以下步骤：。

步骤1)选择合适规格的待拉拔钴镍基合金棒材；

步骤2)棒材热旋锻：对钴镍基合金棒材进行热旋锻，锻至适合拉拔的钴镍基合金丝材；

步骤3)初始热处理：对钴镍基合金丝材进行再结晶高温退火，加热气氛为氩气，出炉在水中冷却至室温；

步骤4)表面处理：对退火后的钴镍基合金丝材表面进行酸洗处理，酸洗后用大量清水冲洗，去除表面残留的酸，然后吹干表面，在表面涂抹润滑剂；

步骤5)拔尖处理：对钴镍基合金丝材端部5cm使用拔尖机拔细至直径可穿过拉拔模具；

步骤6)多模拉拔：通过拉丝机以半模拉拔的方法对表面处理后的钴镍基合金丝材进行室温多道次拉拔，逐渐拉至要求的尺寸；拉拔时在模具进料口充填润滑剂随合金丝一起通过模具；拉拔时每达到一定变形量进行中间退火处理一次，然后重复步骤4)至6)，直到达到丝材直径要求；

步骤7)精整处理：对最终成品的镍基合金丝材进行清洗以除去表面油污，在通过酸洗处理去除氧化皮，抛光，完成成品的制备。

所述高应***化指数指γ≥0.3。

上述步骤2)中，所述热旋锻温度为1000～1200℃，进料速率为10～20mm/s，道次变形量为20～30％。

上述步骤3)中，所述高温退火温度为850～950℃，保温时间为1～2h，钴镍基合金丝材从炉中取出后晶粒大小在20～40μm。

上述步骤4)中，所述润滑剂为石墨乳化剂，其中石墨乳化剂涂抹并干燥于合金丝材表面；上述步骤6)中，所述润滑剂为金属皂类润滑剂粉末。

上述步骤6)中，所述半模拉拔时，丝材拉拔每道次的变形量小于5％，拉拔速率100～200mm/min，在累计变形量达到30％时进行中间退火处理。

上述步骤6)中，所述中间退火温度为900～950℃，保温时间为1～1.5h。

上述步骤4)和7)中，酸洗所用的酸为改性王水：浓盐酸：浓硝酸＝2:1，酸洗时长为3～6min，酸洗在通风橱中进行。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案中拉拔过程采用半模拉拔，特点是多道次、小变形量，使合金丝的加工硬化较小而不影响后续的拉拔；拉拔过程中合理控制设备的工作参数与材料本身的性质相匹配，制备出具有良好性能的合金丝；半模拉拔是相对于传统的全模拉拔而言的，半模拉拔和全模拉拔的区别如图1所示，半模拉拔每道次减径量小于全模拉拔，避免了全模拉拔易造成合金丝内部裂纹以及损伤拉丝模具的缺点；

2、应***化效应在塑性变形过程中是普遍存在的，钴镍基合金的应***化指数较大，本方案使用半模拉拔后的合金组织具有较高抗疲劳性能，变形后的抗拉强度可达1500MPa以上，在应力比为0.5的旋转梁疲劳试验中，抗疲劳周次可达10万次；

3、由于钴镍基合金难变形，因此传统拉拔丝材表面多出现细小的棱，严重影响合金丝表面质量，本方案通过使用涂覆石墨和金属皂基润滑剂进行双重润滑，表面涂覆的润滑剂不易脱落，润滑效果好，拉拔过后的合金丝表面润滑、均匀、光亮，无需经过复杂的抛光工艺，仅需简单处理即可；

4、本方案在前处理的高温退火中温度范围为850～950℃，保温时间1h～2h，此退火温度在再结晶温度以上，既可以防止过烧，导致晶粒长大过快，又满足变形晶粒的再结晶热力学条件，保温时间的选择可以保证充分再结晶，完全消除内应力；

5、本方案中拉拔时的温度为室温，室温下拉拔可以保证产品的表面质量、防止氧化，同时保留了变形组织，可以大幅提高材料的抗拉强度和疲劳性能，是达到材料使用性能的必要条件，还避免了温加工过程可能存在的相析出问题；

6、本方案中半模拉拔每道次变形量小于5％，由于该类合金应***化效应显著，因此采用每道次小变形可减小材料与模具之间的应力，防止损坏模具而导致的划伤丝材表面的质量问题。

附图说明

图1是本发明中半模拉拔和传统全模拉拔的比较示意图；

图2是本发明实施例中MP35N合金的压缩应力应变曲线；

图3是本发明实施例中MP35N合金拉拔前的未变形微观组织图；

图4是本发明实施例中MP35N合金拉拔后的10％变形微观组织图；

图5是本发明实施例中MP35N合金丝拉拔后在不同应力比下疲劳性能的S-N曲线图，其中RBBF为旋转梁拉伸实验，TTF为拉伸-拉伸实验。

图6是本发明实施例中MP159合金的压缩应力应变曲线

图7是本发明实施例中MP159合金拉拔前的未变形微观组织图；

图8是本发明实施例中MP159合金拉拔后的10％变形横向微观组织图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-8，详述本发明的实施例。

实施例1：

以最常见的钴镍基合金MP35N合金为例：如图2-5所示，MP35N合金的成分按质量百分比计包括Co：34％～35％，Cr：19％～21％，Mo：9％～10％，C≤0.5％，Ti≤1％，余量为Ni。选择规格为Φ10mm的MP35N合金热轧棒材；先对MP35N合金棒材进行热旋锻，热旋锻温度为1200℃，进料速率为15mm/s，每道次变形量约30％，每进行1道次变形量后重新加热至1200℃，调节旋锻模具的内孔大小或更换模具，进行下一道次旋锻，最终锻为Φ3mm的MP35N合金丝材；将MP35N合金丝材在950℃下保温1h，加热气氛为氩气，保温后出炉在水中冷却至室温；采用体积比浓盐酸：浓硝酸＝2:1的酸对MP35N合金丝材酸洗5min以使表面***糙，在MP35N合金丝表面涂石墨的乳化剂，待晾干后重复涂2～3次，直到表面完全均匀覆盖一层石墨层；在MP35N合金丝的端部5mm采用拔尖机拔尖使直径可以穿过模具；拉拔时，先将模具在拉丝机上固定，使待拉MP35N合金丝穿过模具并用拉丝机的夹头夹住端部，在模具进料口处的丝材周围充填硬脂酸钙金属皂粉，再启动机器向前拉丝，拉拔速率为200mm/min，每道次变形量为小于5％，每拉完一次重复润滑处理，更换模具进行下一道次拉拔，经过10道次后获得Φ2mm的细丝，然后进行中间退火，退火温度950℃，保温时间1h，再重复之前酸洗和表面润滑处理后拉拔，总变形量每达到约30％时进行一次中间退火处理，直到获得Φ0.5mm的细丝。对上述细丝进行清除去油、酸洗去氧化皮，然后用丝材专用抛光带对丝材表面进行抛光处理，最后完成成品丝材的制备。

本实施例拉拔过后的MP35N合金丝性能如下：抗拉强度2300MPa；屈服强度1563MPa；延伸率8％；R＝0.5时的疲劳循环次数≥10⁵。

实施例2：

以MP159合金为例：如图6-8所示，MP159合金的成分为按质量百分比计Ni：24～26％；Cr：19～21％；Mo：6～8％；Fe：8～10％；Nb≤1％；Al≤0.5％；余量为Co。选择规格为Φ10mm的MP159合金热轧棒材；先对MP159合金棒材进行热旋锻，旋锻温度为1100℃，进料速率为10mm/s，每道次变形量约30％，每进行一道次变形量后重新加热至1100℃进行下一次旋锻，最终锻为Φ3mm的MP159合金丝材；将MP159合金丝在900℃下保温1h，加热气氛为氩气，保温后出炉在水中冷却至室温；采用体积比浓盐酸：浓硝酸＝2:1的酸对合金丝酸洗3min以使表面***糙，在合金丝表面涂石墨的乳化剂，待晾干后重复涂2～3次，直到表面完全均匀覆盖一层石墨层；在MP159合金丝的端部5mm采用拔尖机拔尖使直径可以穿过模具；拉拔时，先将模具在拉丝机上固定，使待拉的MP159合金丝穿过模具并用拉丝机的夹头夹住端部，在模具进料口处的丝材周围充填硬脂酸钙金属皂粉，再启动机器向前拉丝，拉拔速率为100mm/min，每道次变形量为小于5％，每拉完一次重复润滑处理，更换模具进行下一道次拉拔，经过10道次后获得Φ2mm的细丝，然后进行中间退火，退火温度900℃，保温时间1h，再重复之前酸洗和表面润滑处理后进行拉拔；每总变形量达到约30％时进行一次中间退火处理，直到获得Φ0.5mm的细丝；对上述细丝进行清除去油、酸洗去氧化皮，然后用丝材专用抛光带对丝材表面进行抛光处理，最后完成成品丝材的制备。

本实施例拉拔过后的MP159合金丝性能如下：抗拉强度1985MPa；屈服强度1450MPa；延伸率6％；R＝0.5时的疲劳循环次数≥10⁵。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)选择合适规格的待拉拔钴镍基合金棒材；

步骤2)棒材热旋锻：对钴镍基合金棒材进行热旋锻，锻至适合拉拔的钴镍基合金丝材；

步骤3)初始热处理：对钴镍基合金丝材进行再结晶高温退火，加热气氛为氩气，出炉在水中冷却至室温；

步骤4)表面处理：对退火后的钴镍基合金丝材表面进行酸洗处理，酸洗后清水冲洗，去除表面残留的酸，然后吹干表面，在表面涂抹润滑剂；

步骤5)拔尖处理：对钴镍基合金丝材端部使用拔尖机拔细至直径可穿过拉拔模具；

步骤6)多模拉拔：通过拉丝机以半模拉拔的方法对表面处理后的钴镍基合金丝材进行室温多道次拉拔，逐渐拉至要求的尺寸；拉拔时在模具进料口充填润滑剂随合金丝一起通过模具；拉拔时每达到一定变形量进行中间退火处理一次，然后重复步骤4)至6)，直到达到丝材直径要求；

步骤7)精整处理：对最终成品的镍基合金丝材进行清洗酸洗、抛光，完成成品的制备。

2.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于：所述高应***化指数是指γ≥0.3。

3.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于：上述步骤2)中，所述热旋锻温度为1000～1200℃，进料速率为10～20mm/s，道次变形量为20～30％。

4.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于：上述步骤3)中，所述高温退火温度为850～950℃，保温时间为1～2h，钴镍基合金丝材从炉中取出后晶粒大小在20～40μm。

5.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于：上述步骤4)中，所述润滑剂为石墨乳化剂，其中石墨乳化剂涂抹并干燥于合金丝材表面；上述步骤6)中，所述润滑剂为金属皂类润滑剂粉末。

6.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于，上述步骤6)中，所述半模拉拔时，丝材拉拔每道次的变形量小于5％，拉拔速率100～200mm/min，在累计变形量达到30％时进行中间退火处理。

7.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于，上述步骤6)中，所述中间退火温度为900～950℃，保温时间为1～1.5h。

8.根据权利要求1所述的一种高应***化指数钴镍基合金丝的半模拉拔方法，其特征在于，上述步骤4)和7)中，酸洗所用的酸为改性王水：浓盐酸：浓硝酸＝2:1，酸洗时长为3～6min，酸洗在通风橱中进行。

Images