發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 14:53

【摘要】： 疲勞是材料最主要的破壞形式之一,在自然界發(fā)生相當(dāng)普遍�？谇恍迯�(fù)體在咀嚼力的反復(fù)作用下,產(chǎn)生裂紋,經(jīng)過(guò)時(shí)間的積累,可能會(huì)發(fā)生突然的斷裂。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,相當(dāng)一部分可摘義齒卡環(huán)的折斷是疲勞引起的。因此,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究金屬材料抗疲勞的性能,對(duì)金屬的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),具有重要的實(shí)際意義。 Ti-6Al-7Nb合金是得到國(guó)際公認(rèn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)用鈦合金(ISO5832-11),目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)。但其在醫(yī)學(xué)范圍主要用于外科植入和種植領(lǐng)域,并未作為支架合金被引用至口腔修復(fù)領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)鑄造后α+β型Ti-6Al-7Nb合金的疲勞性能進(jìn)行觀測(cè),為臨床醫(yī)生開(kāi)展Ti-6Al-7Nb合金的活動(dòng)義齒支架修復(fù)提供實(shí)驗(yàn)參考。 研究?jī)?nèi)容與方法: 1.研究不同熱處理方式對(duì)鑄造Ti-6Al-7Nb合金疲勞性能的影響。采用拉-拉疲勞試驗(yàn)法與室溫拉伸試驗(yàn)測(cè)試固溶+時(shí)效硬化退火、再結(jié)晶退火、以及四種等溫退火(分別為250℃、300℃、350℃和400℃四個(gè)保溫水平)共六種熱處理方式對(duì)鑄造Ti-6Al-7Nb合金疲勞性能以及抗拉強(qiáng)度的影響。 2.研究不同激光焊接參數(shù)對(duì)Ti-6Al-7Nb合金疲勞性能的影響。采用拉-拉疲勞試驗(yàn)法與室溫拉伸試驗(yàn)測(cè)試不同激光焊接參數(shù)對(duì)Ti-6Al-7Nb合金和純鈦鑄件疲勞壽命與抗拉強(qiáng)度的影響。 3. Ti-6Al-7Nb合金鑄造卡環(huán)固位力及疲勞性能的實(shí)驗(yàn)研究。分別制作Co-Cr合金、TA2以及Ti-6Al-7Nb合金的120#卡環(huán),進(jìn)入基牙倒凹深度分別為0.25mm和0.5mm,測(cè)試卡環(huán)在使用0、0.5、1、1.5、2、2.5、3年的固位力,并記錄卡環(huán)疲勞失效時(shí)的摘戴循環(huán)次數(shù)。 研究結(jié)果: 1.經(jīng)等溫退火300℃～400℃處理的Ti-6Al-7Nb合金疲勞壽命得到最大程度的提高(P0.05),表現(xiàn)出良好的抗疲勞性能,并且經(jīng)過(guò)該處理的該合金抗拉強(qiáng)度沒(méi)有受到不利影響, 2.當(dāng)最大焊接電流分別為125mA、150mA、175mA時(shí),試件的焊接深度可以達(dá)到0.2-0.25mm、0.45mm和0.7-0.8mm左右。在相同焊接參數(shù)條件下,Ti-6Al-7Nb合金試件的抗拉強(qiáng)度與疲勞壽命均高于純鈦試件(P0.05)。采用最大焊接電流為175mA,雙面焊的情況下,Ti-6Al-7Nb合金與純鈦鑄件可以被完全焊透,此時(shí)兩種材料的抗拉強(qiáng)度與疲勞壽命均與未焊接的對(duì)照組無(wú)顯著差異(P0.05)。 3.隨著使用時(shí)間的增加,各卡環(huán)組固位力均呈減小趨勢(shì),二者間存在著直線關(guān)系。Ti-6Al-7Nb合金鑄造卡環(huán)在開(kāi)始的1.5年模擬摘戴循環(huán)試驗(yàn)中所測(cè)得的固位力要大于純鈦卡環(huán),小于Co-Cr合金卡環(huán),但其固位力喪失要小于Co-Cr卡環(huán),從第1.5年開(kāi)始,進(jìn)入倒凹0.5mm的Ti-6Al-7Nb合金卡環(huán)固位力大于Co-Cr合金卡環(huán)(P0.05),進(jìn)入倒凹0.25mm的Ti-6Al-7Nb合金卡環(huán)固位力與Co-Cr合金卡環(huán)已無(wú)明顯區(qū)別(P0.05)。所有卡環(huán)在疲勞失效時(shí)僅表現(xiàn)出塑性變形,沒(méi)有發(fā)生折斷現(xiàn)象。同時(shí),Co-Cr合金卡環(huán)的疲勞壽命最高,其余依次為T(mén)i-6Al-7Nb合金與純鈦卡環(huán)。 結(jié)論: 1.等溫退火300℃～400℃是提高Ti-6Al-7Nb合金疲勞強(qiáng)度較為理想的熱處理方式 2. Ti-6Al-7Nb合金的拉伸強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均高于相同焊接參數(shù)處理的TA2組;以175mm電流焊接的Ti-6Al-7Nb合金與純鈦試件可以獲得良好的機(jī)械強(qiáng)度與抗疲勞性能。 3. Ti-6Al-7Nb合金卡環(huán)的固位力在試驗(yàn)前半程與Co-Cr合金卡環(huán)有一定差距,在后半程高于(進(jìn)入倒凹深度0.5mm各組)或不低于(進(jìn)入倒凹深度0.25mm各組)Co-Cr合金卡環(huán),在試驗(yàn)全程都高于TA2卡環(huán)。另外,Ti-6Al-7Nb合金卡環(huán)的疲勞壽命低于Co-Cr合金卡環(huán),高于TA2卡環(huán)。Ti-6Al-7Nb合金制作的卡環(huán)可以滿(mǎn)足臨床使用要求。
【圖文】：

第四軍醫(yī)大學(xué)碩士學(xué)位論文試驗(yàn)機(jī)（深圳新三思材料檢測(cè)有限公司）；SUPRA55 掃描電子S 德國(guó)）；PNG3 金相顯微鏡（Olympus 日本）STME466-07 疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的試樣規(guī)格，將 1.5mm 厚的有機(jī)如圖 1-1 所示的試樣，安插鑄道，用氧化鋯內(nèi)包埋料和磷酸鹽包埋，高溫箱式電爐烘烤，焙燒，使有機(jī)玻璃高溫下氣化，揮，然后使用牙科專(zhuān)用鑄鈦機(jī)常規(guī)鑄造，得到 Ti-6Al-7Nb 鑄件 線探傷檢查（照射參數(shù) 52kv/100mA/125ms，圖 1-2），去除有件，合格試件分別用 180#，400#，600#，800#，1000#水砂紙。

圖 1-8 疲勞試件斷端 SEM 形貌黑色細(xì)箭頭表示鑄造缺陷，白色細(xì)箭頭表示裂紋源，黑色粗箭頭表示瞬間斷裂區(qū)，白色粗箭頭代表裂紋擴(kuò)展區(qū)3.4 金相觀測(cè)結(jié)果如圖 1-9 所示：A 組可以看到較為典型的編織狀魏氏組織，具有明顯的等軸 β 晶界，在原始 β 晶界上分布清晰的較窄的片狀 α 束域，每片位向均不相同，相互交錯(cuò)呈編織狀，并伴有連續(xù)的網(wǎng)藍(lán)組織，晶粒比較粗大。對(duì)照組D 組在金相顯微鏡下呈現(xiàn)典型的鈦合金網(wǎng)籃組織。B，C1 組也均呈現(xiàn)典型的鈦合金網(wǎng)籃組織，不同之處在于其顯微組織結(jié)構(gòu)較 D 組明顯細(xì)化。C1、C2、C3、C4 各組金相組織基本相同（C2、C3、C4 不再單獨(dú)列出），其晶粒的大小也基本一致。
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：R783.1

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