ECAP工藝對新型生物醫(yī)用β鈦合金組織與性能的影響.pdf

1、本文采用真空自耗電弧爐熔煉Ti-35Nb-3Zr-2Ta(wt％)β醫(yī)用鈦合金鑄錠,反復(fù)重熔三次確保成分均一。利用等徑彎角擠壓工藝(ECAP)在500℃、600℃和700℃下按照 Bc方式依次擠壓固溶處理后的合金一、二、四道次。研究了擠壓溫度和累積塑性變形量對β鈦合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:固溶處理后Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金的β等軸晶粒大小約為80~120μm。合金在500℃和600℃下擠壓四道次后,分別得到~

2、300nm和600nm的等軸晶粒。合金在500℃下擠壓觀察到的剪切帶剪切帶不斷細(xì)化并互相交錯,最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的演化,有利于釋放塑性應(yīng)變。剪切帶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是由初生剪切帶增長緩慢和次生剪切帶迅速擴(kuò)張決定的。在試樣600℃4th道次中觀察到孿晶型馬氏體的“人字形”結(jié)構(gòu),這種特殊結(jié)構(gòu)的形成取決于馬氏體的自協(xié)作效應(yīng)和能量最低原理。
　　擠壓后β鈦合金的顯微硬度高于固溶處理β鈦合金的顯微硬度,擠壓四道次后,β鈦合金橫截面和縱截面的顯微硬度值差

3、別不大,這是因為形成均勻的微觀組織和等軸的納米晶粒。擠壓二道次和四道次后,幾乎所有試樣(500℃2nd道次除外)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)“雙屈服”現(xiàn)象,這是由應(yīng)力誘發(fā)β母相轉(zhuǎn)變成α〞馬氏體相決定的。
　　研究了擠壓溫度和累積塑性變形量對Ti-35Nb-3Zr-2Ta合金超彈性性能的影響。相同溫度下擠壓時,擠壓道次對超彈性應(yīng)變εse的變化趨勢影響不同。試樣在500℃下擠壓時,超彈性應(yīng)變εse出現(xiàn)逐漸增加的現(xiàn)象,而在600℃下擠壓εse卻

4、呈現(xiàn)依次降低的趨勢。但在700℃下擠壓時εse卻先增大而后減小。擠壓溫度也超彈性應(yīng)變εse產(chǎn)生很大影響。擠壓四道次后,隨擠壓溫度的升高,合金的超彈性應(yīng)變εse顯著下降。這主要與剪切帶的均勻網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(500℃下擠壓)以及微觀組織的再結(jié)晶(700℃下擠壓)有關(guān)。
　　試樣500℃4th道次的抗拉強(qiáng)度達(dá)到765MPa,延伸率約為16.5%,彈性模量僅為59GPa,超彈性應(yīng)變和可回復(fù)應(yīng)變最大(εsmeax和εrmax)可達(dá)1.4%和2.7