【摘要】：純鈥金屬材料的性能十分出眾,因此在牙種植領(lǐng)域被廣泛采用。然而在某些情況下,純鈥的強(qiáng)度卻無法滿足臨床應(yīng)用的要求:對于單牙缺失或位于牙槽嵴的缺牙修復(fù)手術(shù),這些情況下使用的種植體直徑較窄,而直徑的減小導(dǎo)致材料承受應(yīng)力的能力降低,即使是純鈦這種具備高比強(qiáng)度的材料仍無法滿足實(shí)際要求。因此,在這些情形下使用純鈥種植體存在疲勞斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。在尋求更理想的材料過程中,鈦的合金化成為該領(lǐng)域內(nèi)的研究方向熱點(diǎn)之一。相比其他合金元素,鋯(Zr)與鈦屬于同一主族,二者具有相似的物理化學(xué)特性:均具備優(yōu)秀的抗腐蝕性能、超高的力學(xué)強(qiáng)度以及優(yōu)良的可塑性等,且對機(jī)體組織無毒性作用。因此,鋯(Zr)是一種較為理想的合金元素。本文的工作主要針對Ti 16Zr、Ti20Zr和Ti40Zr三種不同含鋯量鈦鋯合金的顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能進(jìn)行分析測試,研究材料成分對其力學(xué)性能與內(nèi)在組織結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制,從而獲取具備良好綜合力學(xué)性能的材料之成分配比;在該基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析不同熱處理溫度對該成分鈦鋯合金的力學(xué)性能及顯微組織的影響機(jī)制,得出合適溫度下該成分鈦鋯合金所能達(dá)到的較為理想的綜合性能。通過XRD的測試結(jié)果可知:CPTi、Ti16Zr、Ti20Zr和Ti40Zr均由密排六方α相組成,無β相及其他中間相存在。通過顯微硬度的測試結(jié)果可知:Ti16Zr、Ti20Zr和Ti40Zr的硬度與CPTi相比均有較大幅度的提升,且隨著退火溫度的升高,各材料的硬度逐漸降低。通過金相觀察并結(jié)合硬度分析可知:Ti16Zr、Ti20Zr和Ti40Zr的再結(jié)晶溫度分別在650℃、700℃和650℃左右。通過拉伸試驗(yàn)的測試結(jié)果可知:(1)Ti16Zr、Ti20Zr、Ti40Zr拉伸變化曲線呈現(xiàn)趨同現(xiàn)象:變形初期,合金應(yīng)力將隨著外力迅速變化(正相關(guān)),此過程中出現(xiàn)的形變?yōu)閺椥孕巫?而到達(dá)屈服點(diǎn)后,應(yīng)力值隨應(yīng)變的變化量開始減小,甚至略有降低,進(jìn)入塑性變形階段;此后如果形變擴(kuò)大到某個(gè)程度,合金終將發(fā)生頸縮問題甚至斷裂。(2)隨著鋯含量的增加:在抗拉強(qiáng)度方面,Ti20Zr較Ti 16Zr略有上升,Ti40Zr較Ti20Zr的增幅較大;屈服強(qiáng)度方面,Ti16Zr、Ti20Zr、Ti40Zr逐漸上升,增幅差異較小;延伸率方面,Ti16Zr、Ti20Zr、Ti40Zr逐漸下降,Ti16Zr、Ti20Zr間降幅較大,Ti20Zr、Ti40Zr間降幅差異較小;彈性模量方面,Ti20Zr較Ti16Zr下降幅度較大,Ti40Zr較Ti20Zr降幅較小。綜合來看,Ti16Zr的塑性性能最好,同時(shí)力學(xué)強(qiáng)度與Ti20Zr、Ti40Zr相比相差不大。隨后再分析Ti16Zr,探究退火溫度不同時(shí)顯微組織和力學(xué)特性的相應(yīng)改變。結(jié)果表明:(1)隨著退火溫度的升高,Ti16Zr的顯微硬度逐漸下降,當(dāng)溫度升至750℃之后硬度略有回升,且當(dāng)溫度處于550℃～600℃范圍時(shí),硬度下降較快;抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度逐漸降低,其中500℃～600℃降幅較大,當(dāng)溫度升至750℃后二者均出現(xiàn)逐漸回升的現(xiàn)象;延伸率在700℃前逐漸升高,隨后逐漸下降,到850℃時(shí)出現(xiàn)較大幅度的降低;彈性模量隨溫度的變化趨勢不明顯,其在800℃時(shí)達(dá)到最低,850℃時(shí)出現(xiàn)較大回升情況。(2)750℃時(shí),Ti 16Zr晶粒形狀規(guī)則,晶內(nèi)及晶界間未見第二相;800℃時(shí),晶界間以及晶粒內(nèi)部有少量零散分布的針狀馬氏體;850℃時(shí),原規(guī)則晶粒已基本消失,針狀馬氏體基本轉(zhuǎn)化完全;750℃、800℃和850℃三個(gè)熱處理溫度下的Ti16Zr斷口表面,均呈現(xiàn)出大量分布均勻的等軸狀韌窩,為典型的韌性斷裂,且韌窩沿深度方向呈錐狀;隨著材料的熱處理溫度由750℃升至850℃,斷口韌窩的寬度和深度逐漸減小,此二者均導(dǎo)致材料塑性的降低,與前述拉伸試驗(yàn)及顯微硬度測試結(jié)果吻合;三個(gè)溫度下的斷口均分布著一定數(shù)量的空洞,由850℃時(shí)空洞處出現(xiàn)夾雜物顆粒推知,此空洞均系夾雜物與基體變形不協(xié)調(diào)所致。綜合來看,Ti16Zr在700℃退火溫度下,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率較好,綜合性能最佳。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2279152