采用X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、萬能試驗機、顯微硬度計以及納米壓痕儀等研究了不同熱處理溫度下Ti₈₇Nb₈Sn₅合金的顯微組織和力學(xué)性能。結(jié)果表明:鑄態(tài)和在773 K熱處理下合金的組織是由大量α-Ti相和少量的第二相Ti₃Sn相所組成,在873 K和973 K熱處理下合金的組織是由大量的α-Ti和少量β-Ti相所組成。室溫鑄態(tài)試樣以及在773 K熱處理試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出超彈性;而在873 K和973 K熱處理的合金具有高的屈服強度,大的塑性形變以及大的彈性能。在873 K和973 K熱處理下合金的約化彈性模量（E_r）值分別為43.3 GPa和36.2 GPa,接近人骨的彈性模量值（10～30 GPa）。另外,在873 K和973 K熱處理下合金具有大的H/E_r和H³/E■值,說明了該熱處理條件下合金分別具有高的耐磨抗力和高的耐磨性。 

【文章來源】：材料熱處理學(xué)報. 2020,41(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

不同熱處理溫度Ti87Nb8Sn5合金的加載(P)-位

在圖3(a)中,由應(yīng)力-應(yīng)變曲線計算的力學(xué)數(shù)據(jù)列于表1中。鑄態(tài)合金和在773 K熱處理合金的彈性極限主要為殘留奧氏體的彈性極限,其值分別為346 MPa和259 MPa。在873 K和973 K熱處理合金,彈性極限分別為774 MPa和553 MPa,明顯大于鑄態(tài)試樣和在773 K熱處理合金的彈性極限。在報導(dǎo)的文獻(xiàn)中,α-Ti相的彈性強度高于β-Ti相的彈性強度[20],所以導(dǎo)致在873 K和973 K熱處理試樣的彈性極限高于α-Ti相發(fā)生的彈性形變。另外,在873 K和973 K熱處理合金的屈服強度分別為890 MPa和649 MPa,分別大于鑄態(tài)合金和在773 K熱處理合金的屈服強度,如圖3(b)所示。事實上,在表1中,鑄態(tài)合金和在773 K熱處理合金的屈服強度是一次屈服,也就是殘留奧氏體的屈服強度。鑄態(tài)合金的最大抗壓強度為1110 MPa,分別小于在873 K和973 K熱處理合金的最大抗壓強度。973 K熱處理合金在塑性形變?yōu)?6.1%的條件下并沒有壓斷,合金呈現(xiàn)出優(yōu)異的塑性性能,且在室溫條件下具有形變強化現(xiàn)象。雖然,在873 K熱處理合金在室溫條件下具有最大的屈服強度,而合金卻具有較小的塑性形變(17.1%),但卻大于鑄態(tài)合金的塑性應(yīng)變(14.95%)。所以,合金在較高溫度下進(jìn)行熱處理,合金的強度和塑性形變均得到了提高,尤其是獲得了優(yōu)異塑性性能的具有加工硬化現(xiàn)象的合金(973 K)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的彈性階段,可以進(jìn)行彈性模量(E)的計算。鑄態(tài)合金以及在773 K熱處理合金的彈性模量是殘留奧氏體的彈性模量,其值分別為14.95 GPa和8.12 GPa,明顯的小于在873 K和973 K熱處理合金的彈性模量值,其值分別為38.3 GPa和32.5 GPa,如表1所示。事實上,對于在873 K和973 K熱處理合金,一定量的α-Ti相和穩(wěn)定的β-Ti相相組合,合金的彈性模量較大。表1 Ti87Nb8Sn5生物醫(yī)用合金的力學(xué)數(shù)據(jù)Table 1 Mechanical properties of the Ti87Nb8Sn5 alloy at different heat-treatment temperatures Temperature/K σe/MPa Rp0.2/MPa εp/% E/GPa We ×106/(J·m-3) Vα-Ti/vol% Vβ-Ti/vol% VTi3Sn/vol% 293 346 440 14.95 26.8 - 79.6 - 20.4 773 259 338 8.12 20.7 - 80.7 - 19.3 873 774 890 17.1 38.3 7.99 73.2 26.8 - 973 553 649 >26.1 32.5 4.83 68.6 31.4 -

式中:Vi是第i個相的近似體積分?jǐn)?shù)。計算的β-Ti 相,α-Ti和Ti3Sn相近似體積分?jǐn)?shù)列于表1中。對于鑄態(tài)樣品,α-Ti相體積分?jǐn)?shù)為79.6%,而含Ti3Sn相的體積分?jǐn)?shù)為20.4%。當(dāng)樣品在773 K下進(jìn)行熱處理,合金α-Ti體積分?jǐn)?shù)增加到80.7%,而Ti3Sn相含量也相應(yīng)的減少到19.3%。當(dāng)在熱處理溫度為873 K時,Ti3Sn相消失,而α-Ti相向β-Ti相轉(zhuǎn)變,β-Ti相體積分?jǐn)?shù)為26.8%,相應(yīng)的α-Ti相體積分?jǐn)?shù)減少。當(dāng)熱處理溫度為973 K時,β-Ti相含量進(jìn)一步增加,體積分?jǐn)?shù)為31.4%,α-Ti相減少到最小值(68.6%)。因此,隨著熱處理溫度上升時,β-Ti相含量增加,而Ti3Sn相卻消失。2.2 顯微組織分析


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