【摘要】：鈦合金具有良好的生物相容性和力學(xué)性能,是理想的生物醫(yī)用金屬材料,在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用上受到廣泛認可。傳統(tǒng)醫(yī)用鈦合金存在細胞毒性元素和彈性模量偏高的缺陷,因此設(shè)計和開發(fā)無毒、低彈性模量的新型醫(yī)用β型鈦合金是當前研究的熱點。本文利用X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、拉伸試驗機等手段,系統(tǒng)研究了低溫軋制及熱處理工藝對新型醫(yī)用β型鈦合金Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(TNTZF,wt.%)微觀組織和力學(xué)性能的影響,得出主要結(jié)論如下:合金在低溫軋制過程中均發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)α″馬氏體相變,內(nèi)部產(chǎn)生板條狀α″馬氏體。低溫軋制80%合金中會發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)ω相變,產(chǎn)生V形ω板條,同時在大變形量下,合金中位錯密度增加,局部變形區(qū)域出現(xiàn)明顯的剪切帶。合金低溫軋制后,強度提高,隨著變形量增加,合金的彈性模量和伸長率不斷下降。合金經(jīng)低溫軋制80%后,具有較高的強度(抗拉強度為1066MPa,屈服強度為894MPa),較低的彈性模量(58GPa),適中的伸長率(5.8%)以及最高的強模比(18.4×10-3),綜合力學(xué)性能良好。低溫軋制40%合金退火時,溫度越高,合金的再結(jié)晶晶粒形核和晶粒長大速度越快。低溫軋制40%合金在750℃和800℃退火30min后,合金中開始出現(xiàn)明顯的再結(jié)晶晶粒,在850℃退火10min時,合金中就已經(jīng)出現(xiàn)了較多的再結(jié)晶晶粒,延長退火時間至30min后,再結(jié)晶晶粒尺寸增大至100μm左右。退火條件相同時,變形量越大,合金的再結(jié)晶晶粒形核速度越快。低溫軋制合金在800℃退火后,抗拉強度和屈服強度會顯著降低,伸長率會大幅提高。低溫軋制合金退火后抗拉強度范圍是720-856MPa,屈服強度范圍是600-678MPa,伸長率范圍是12.8%-26.7%。合金固溶后空冷和水冷的顯微組織基本相同,在670℃固溶時,合金中會析出大量的顆粒狀和短條狀的α相,在760℃固溶時,α相開始向基體中溶解,部分區(qū)域出現(xiàn)β晶粒形核長大,850℃固溶后,合金中只存在晶粒尺寸較大的單一β相。固溶溫度相同時,合金的抗拉強度和顯微硬度隨著冷卻速度的增加而降低。合金固溶空冷和水冷后塑性較好,且伸長率隨著固溶溫度的升高而增加。合金經(jīng)850℃固溶爐冷后,強度較高(σb=1002MPa),伸長率較低(δ=1.6%),其斷口韌窩分布較少,且存在明顯的河流狀花樣,表現(xiàn)出塑性較差的特征。
【圖文】：

為繼鋼鐵、鋁、鎂之后發(fā)展起來的 21 世紀新型金屬，，其外觀，具有光澤。如圖 1-1 所示，純鈦有兩種同素異形體，其β轉(zhuǎn)低溫下時具有穩(wěn)定的密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）的α-Ti，體心立方結(jié) 882.5℃與熔點 1678℃之間穩(wěn)定存在[12]。

將合金在管式爐中進行固溶處理，為防止氧化，爐內(nèi)通氬氣進行保護。 其中，低溫軋制及退火處理的合金固溶溫度為 900℃，保溫 1h，水淬。而為了深入研究固溶處理對合金組織和性能的影響，將合金在 670℃、760℃、850℃下進行固溶處理，處理時間為 30min，并對 3 個不同溫度下的試樣分別采用爐冷、空冷、水冷方式進行冷卻，圖 2-2 為合金的固溶處理工藝。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG339;TG166.5

【參考文獻】

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1 李軍;于輝;史慶南;劉利剛;任萬波;;純鈦高溫變形行為及其在精軋板中的應(yīng)用[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年06期

2 郭順;鄭琦;張俊松;程曉農(nóng);;低彈性模量亞穩(wěn)β型Ti-38Nb合金的微觀組織與力學(xué)行為[J];稀有金屬;2015年09期

3 彭英博;王廣甫;陳鋒;陳光;;Nb、Cr和Mo對新型β/γ-TiAl合金組織與相變的影響[J];材料科學(xué)與工藝;2014年05期

4 鄧U

本文編號：2578053