發(fā)布時(shí)間：2020-06-09 16:58

【摘要】：鈦合金憑借其良好的生物相容性、較低的彈性模量以及適中的強(qiáng)度,逐漸取代不銹鋼等傳統(tǒng)醫(yī)用材料,已被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)的置換和斷骨的固定。相對(duì)于純鈦和α+β型鈦合金而言,β型鈦合金具有更低的彈性模量,更好的加工性能以及更多的強(qiáng)化手段,因此成為目前生物醫(yī)用鈦合金的主流發(fā)展方向。但通常固溶態(tài)的β鈦合金強(qiáng)度往往較低,彈性模量較高。而通過(guò)適當(dāng)?shù)能堉撇粌H可以提高其強(qiáng)度,而且軋制過(guò)程中產(chǎn)生的α”馬氏體相變,可使其彈性模量進(jìn)一步降低,使之更適合做醫(yī)用植入物。本文對(duì)固溶態(tài)的Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(TNTZF,wt.%)鈦合金進(jìn)行-30℃的低溫冷軋,軋制壓下量為30～80%,并將部分樣品進(jìn)行大變形時(shí)效處理。采用XRD、OM、SEM、Instron3369力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站等觀察和分析手段,研究了 TNTZF鈦合金在該軋制條件下的相組成、織構(gòu)演變特點(diǎn)和力學(xué)性能的變化及耐蝕性能變化。對(duì)其變形機(jī)理進(jìn)行了分析和探討。對(duì)壓下量為80%的樣品進(jìn)行了 300～700℃的短時(shí)時(shí)效處理,研究該合金在大變形下的短時(shí)時(shí)效行為、析出相組成及其對(duì)力學(xué)性能的影響,得出以下結(jié)論:1)TNTZF鈦合金低溫冷軋過(guò)程中出現(xiàn)了應(yīng)力誘發(fā)α"馬氏體相變。整體上,隨軋制壓下量不斷增加,α”馬氏體的含量先增加后降低,當(dāng)壓下量為60%時(shí),α"馬氏體的含量最高。隨變形量的增加衍射峰逐漸寬化,這是晶粒不斷細(xì)化和晶格畸變的結(jié)果。TNTZF鈦合金在-30℃低溫冷軋過(guò)程中,軋制壓下量對(duì)其晶格常數(shù)有重要影響,這種晶格常數(shù)的變化,導(dǎo)致β相的穩(wěn)定性有所變化,進(jìn)而影響到軋制過(guò)程中α"馬氏體相的含量。整體上隨軋制壓下量的增加,其晶格常數(shù)變化曲線呈M型。當(dāng)軋制壓下量為60%時(shí),其晶格常數(shù)最小,此時(shí)α"馬氏體含量最高。TNTZF鈦合金在-30℃低溫冷軋過(guò)程中,出現(xiàn)了交滑移,軋制壓下量為50%時(shí),隱約可見(jiàn),軋制壓下量在60～80%時(shí),可以看到明顯的呈45度角的滑移帶。軋制過(guò)程中其主要變形機(jī)理為α”馬氏體相變和位錯(cuò)滑移。2)TNTZF鈦合金在-30℃低溫冷軋過(guò)程中,總體而言,織構(gòu)強(qiáng)度不高,Y織構(gòu)始終占據(jù)主導(dǎo),但隨著軋制壓下量的增加,主要織構(gòu)由{111}110和{111}112混合織構(gòu)向{111}112織構(gòu)轉(zhuǎn)變。3)TNTZF鈦合金在-30℃低溫冷軋過(guò)程中,整體上隨軋制壓下量的增加,合金強(qiáng)度增加,塑性則不斷降低,軋制壓下量在30～40%時(shí),合金既有較高的強(qiáng)度,又有優(yōu)異的塑性,同時(shí)彈性模量還較低。TNTZF鈦合金在-30℃低溫冷軋過(guò)程中,α"馬氏體相變使其應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的軟化段,其長(zhǎng)度與α"馬氏體增量正相關(guān)。α"馬氏體含量對(duì)其抗拉強(qiáng)度影響不明顯,但對(duì)其屈服強(qiáng)度有較大影響。4)整體上隨軋制壓下量的增加,合金耐蝕性不斷降低,但當(dāng)軋制壓下量超過(guò)70%時(shí),耐蝕性反而提高。5)大變形對(duì)TNTZF鈦合金的時(shí)效析出行為有促進(jìn)作用。拉伸試驗(yàn)結(jié)果及維氏硬度表明,與未變形時(shí)效相比,通過(guò)冷軋變形可以明顯縮短時(shí)效時(shí)間,降低時(shí)效溫度,提高材料拉伸強(qiáng)度以及顯微硬度,但同時(shí)降低了材料的塑性。時(shí)效溫度對(duì)變形時(shí)效中析出相組成和形貌有較大影響。隨時(shí)效溫度由低到高,析出相形貌依次呈現(xiàn):無(wú)方向性的均勻析出、沿滑移帶網(wǎng)狀析出、呈纖維狀或帶狀析出。
【圖文】：

由于（３鈦低的致密度，使其在高溫下很容易擴(kuò)散，從而造成組織不穩(wěn)定和晶粒逡逑迅速長(zhǎng)大，這種較差的熱穩(wěn)定性使得（３鈦很少在高溫下使用。ａ鈦和（３鈦的晶體結(jié)構(gòu)逡逑如圖１－１所示。逡逑（ａ）邐ＪＱ，邋＇邋ＪＱ，邐（ｂ）邐ｔ逡逑■Ｉ，，逡逑０邋２９５ｍｎ逡逑ａ２逡逑圖１－１鈦合金的同素異構(gòu)結(jié)構(gòu)逡逑（ａ）邋ｃｔ邋鈦；（ｂ）邋ｐ邋鈦逡逑８逡逑

ｗｔ．％），研宄了該合金在－３０°Ｃ下的冷變形行為，分析了其冷變形過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變、逡逑織構(gòu)轉(zhuǎn)變及其對(duì)力學(xué)性能和耐蝕性能的影響。隨后對(duì)軋制壓下量為８０％的樣品進(jìn)行逡逑短時(shí)時(shí)效處理，分析了大變形對(duì)其時(shí)效析出行為的影響。本文具體實(shí)驗(yàn)路線如圖２－１逡逑所示。逡逑－邋ｓ逡逑ＴＮＴＺＦ（熱軋態(tài)）逡逑邐邐邋＿邋．邋＾逡逑１逡逑固溶處理逡逑（９００°Ｃ／ｌｈ）逡逑Ｉ逡逑ｆ邐＋邐，邋）邐（邐＾逡逑低溫乳制邐邐？逡逑（－３０°Ｃ／０．２邋￣邋０．５ｍｍ／道次）邐ＨＴＡｉＬｉＳ逡逑＼邐邐邐）邐Ｖ邐邐邐）逡逑■邋卜邐逡逑Ｉ邐Ｉ逡逑廣＇邐、邐ｆ邐＼逡逑性能測(cè)試邐微觀組織分析逡逑－邐？邋－逡逑ｒ￣邋：；邋￣ｉ邐ｆ邋Ｉ邋ｉ￣邋］逡逑廣邋Ｎ邋／＂邐Ｎ邐，邋Ｔ邋，，，、邐＇邋■＂－？Ｖ邋廣１邋Ｎ逡逑Ｘ邋１邋Ｘ逡逑維坊電邐射邋射光掃逡逑Ｓ邐２邐化邐線線學(xué)邐ｓ逡逑Ｉ邋＃學(xué)邐牧（織Ｓ邋｜逡逑Ｓ邐￡邐測(cè)邐相構(gòu)微邐｜逡逑ｓ邐膨邐試邐分分鏡邐ｍ逡逑，邐邋邐邋邐邋ＬｉＵ邋Ｌ＾Ｊ邋ｌ邋Ｊ邋邐邐逡逑圖２－１實(shí)驗(yàn)路線流程圖逡逑２．２材料制備逡逑２．２．１固溶處理逡逑將管式爐加熱到９００°Ｃ，然后通入氬氣排出里面的空氣，并等待其溫度穩(wěn)定。待逡逑空氣排除干凈且溫度穩(wěn)定后
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG339

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本文編號(hào)：2704979