【摘要】：β-鈦基形狀記憶合金具有低密度、較高的比強(qiáng)度、良好的生物相容性、較好的超彈性等,作為生物移植材料,有著廣闊的應(yīng)用前景。然而,與傳統(tǒng)的NiTi形狀記憶合金相比,該合金的超彈性應(yīng)變回復(fù)率還較低。如何提高β鈦合金的超彈性,是該合金得到實(shí)際應(yīng)用所要解決的一個關(guān)鍵問題。熱機(jī)械處理(冷變形后退火)可以在合金中產(chǎn)生大量的位錯,同時細(xì)化晶粒,從而提高合金的馬氏體相變誘發(fā)應(yīng)力,改善合金的超彈性能。眾所周知,合金在進(jìn)行冷軋變形后,會產(chǎn)生變形織構(gòu),而在隨后的再結(jié)晶退火過程中,也會導(dǎo)致再結(jié)晶織構(gòu)的形成。而β-鈦基形狀記憶合金的馬氏體相變和超彈性能對合金的織構(gòu)組分及其含量十分敏感,研究不同變形量和退火溫度對β鈦合金的顯微組織(包括織構(gòu))演變規(guī)律及其對超彈性能的影響,對提高該合金的超彈性有著重要意義。因此,本文以β型Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金為研究對象,采用不同軋制量(40%、75%和95%)對該合金進(jìn)行室溫軋制,然后在不同退火溫度下(650 ℃、750 ℃和850℃)對該合金進(jìn)行再結(jié)晶退火處理,研究了變形量和退火溫度對合金顯微組織、織構(gòu)的演變規(guī)律以及超彈性的影響。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)研究了冷軋變形量對Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金再結(jié)晶溫度的影響,并研究了退火溫度對冷軋變形合金顯微組織的影響。研究結(jié)果表明:隨著軋制形變量的增大,該合金的再結(jié)晶溫度降低,冷軋變形量為40%、75%和95%的合金再結(jié)晶溫度分別約為755 ℃、700 ℃和660 ℃。Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn在經(jīng)過軋制量為40%,75%和95%冷軋變形后,合金中主要由β相組成,在經(jīng)過650-850 ℃退火處理后,合金發(fā)生了再結(jié)晶,形成了細(xì)小的等軸組織,而且隨著變形量的增加,在相同溫度下退火后得到的再結(jié)晶晶粒減小。(2)研究了冷軋變形量對合金變形織構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明,經(jīng)過不同變形量冷軋后,合金產(chǎn)生了{(lán)111}110、{111}112及{001}110型軋制織構(gòu)。而且隨著軋制形變量的增加,冷軋織構(gòu)的強(qiáng)度也隨之增大,最終以{111}112型織構(gòu)以及{111}110型織構(gòu)為織構(gòu)強(qiáng)點(diǎn)。(3)研究了退火溫度對不同軋制量Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的再結(jié)晶織構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明,冷軋形變量越大,其冷軋織構(gòu)及再結(jié)晶織構(gòu)強(qiáng)度越高,經(jīng)過650℃退火后,合金中γ取向線的織構(gòu)強(qiáng)度最高,而在更高溫度下退火(750℃和850℃)時,Y取向線的織構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)酢Ｒ虼?經(jīng)過650 ℃下退火,合金能得到的再結(jié)晶織構(gòu)強(qiáng)度最強(qiáng),其中以{111}112型織構(gòu)為最強(qiáng)點(diǎn)。(4)研究了軋制變形量和退火溫度對Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金超彈性的影響。研究結(jié)果表明,冷軋變形量和再結(jié)晶退火溫度對Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的超彈性有著重要影響,經(jīng)過95%冷軋變形,并在650 ℃退火后的合金表現(xiàn)出較好的超彈性,其應(yīng)變回復(fù)率為71.5%,細(xì)小的等軸狀組織和較強(qiáng)的{111}112再結(jié)晶織構(gòu),可以有效提高合金的超彈性能。
【圖文】：

不含生物毒性元素的鈦以及鈦合金，因具有低的密度、與人體接近的彈性模逡逑量、優(yōu)異的超彈性等優(yōu)點(diǎn)，非常適合做成生物材料。目前己被廣泛的應(yīng)用于很多逡逑領(lǐng)域［Ｍ］，如圖１－１所示。逡逑鈦合金根據(jù)其相組成的不同，可以分為三類醫(yī)用鈦合金，即ａ相鈦合金，ｃｔ＋（３逡逑相鈦合金以及Ｐ相鈦合金［Ｗ２］。最開始是以純鈦以及Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖ為主，但由于純逡逑鈦硬度不高，力學(xué)性能差等因素限制了它的應(yīng)用，最終純鈦的應(yīng)用逐漸減少，進(jìn)逡逑而被性能更優(yōu)異的ＴＣ４取而代之，ＴＣ４生物相容性良好，，耐蝕性強(qiáng)，而且綜合逡逑力學(xué)性能也比較優(yōu)異，因此得到了更廣泛的發(fā)展。逡逑１逡逑

逡逑相，材料變形完全回復(fù)，其微觀變形機(jī)理如圖１．２所示。逡逑廠邋ｎ邋薄ｎ逡逑ＩｍＬ逡逑加載邐加載邐Ｉ卸載逡逑Ｔ＜Ａｆ邐Ｔ＜Ａｔ邐ｋＳｉ邐Ｔ＜Ａｉ逡逑Ｊｍｍｊ逡逑Ｕ邋□邋Ｍ邋ＬＪ逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）邐（ｄ）逡逑圖１．２鈦合金其超彈性的微觀變形機(jī)理逡逑由于人體植入件在人體內(nèi)力學(xué)服役環(huán)境復(fù)雜，承載各種類型的荷載，如果植逡逑入體的形狀記憶性能和超彈性能比較優(yōu)異，能夠大大延長植入體使用壽命以及改逡逑善服役情況，免去給患者帶來的二次傷害。逡逑近來，針對ＮｉＴｉ合金中Ｎｉ＋的毒害副作用，為了從根本上解決這一問題，逡逑科學(xué)家們都在潛心研發(fā)新型無Ｎｉ以及超彈性較好的ｐ鈦合金材料。Ｂａｋｅｒ［３１］通過逡逑對Ｔｉ－３５Ｎｂ研宄發(fā)現(xiàn)，ｃｔ＂和Ｐ相之間的相互轉(zhuǎn)化使得合金具有形狀記憶效應(yīng)。Ｐ逡逑鈦合金的超彈性，是由Ｐ相與馬氏體ａ＂相之間可逆的熱彈性轉(zhuǎn)變所致。目前鈦逡逑鉬（Ｔｉ－Ｍｏ）［３２？］、鈦鉭（Ｔｉ－Ｔａ）［３５１以及鈦鋯（Ｔｉ－Ｚｒ）１３６］等為基體的Ｐ鈦合金得到廣泛而逡逑系統(tǒng)的研究，與其他常用的鈦合金相比，這類鈦合金強(qiáng)度更高而且彈性模量也更逡逑低。其中這類合金添加了鈮（Ｎｂ）［３７＿３９］、鉬（Ｍｏ）［＿］、錫（Ｓｎｆ９］、鉭（Ｔａ）［４４’４５］以逡逑及鋯（Ｚｒ）邋［４６４８１等無毒“生物金屬元素”的Ｔｉ－Ｎｂ基合金因具有較好的形狀記憶逡逑效應(yīng)、低的彈性模量和無毒性成為最具有發(fā)展前景的新型生物醫(yī)用鈦合金。新型逡逑Ｔｉ－Ｎｂ基合金因具有重要的學(xué)術(shù)研究和臨床實(shí)用價值
【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】：2018
【分類號】：TG156;TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2699628