高彈高塑性TC26鈦合金板材熱軋與熱處理的組織和性能研究.pdf

1、TC26(Ti-13Nb-13Zr)鈦合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型生物醫(yī)用鈦合金，具有中高強(qiáng)度、高塑性、高韌性、高疲勞強(qiáng)度、低彈性模量、優(yōu)良的耐腐蝕性和生物相容性，適用于外科植入物、口腔修復(fù)與矯形及各種彈性元器件。用于人體的生物制品可埋入體內(nèi)，對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害。合金目前己列入美國(guó)外科植入物欽合金標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)號(hào) ASTMFI713)，并在國(guó)際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。
　　 本文在探索性研究的基礎(chǔ)上，對(duì)TC26鈦合金板材熱軋和熱處理的組織及

2、性能變化特點(diǎn)進(jìn)行了研究，分析了在熱軋過程中合金的變形特點(diǎn)，進(jìn)行了有限元模擬分析，討論了在固溶處理和時(shí)效處理過程中，合金的組織變化特性以及與組織變化相適應(yīng)的拉伸性能和彈性模量的變化，比較全面地了解和掌握該合金的基本特性，掌握其熱加工工藝和熱處理的影響規(guī)律，同時(shí)也探討了在軋制板型控制和表面處理方面的一些工藝技術(shù)問題，為后續(xù)市場(chǎng)開發(fā)和擴(kuò)大生產(chǎn)提供技術(shù)依托。
　　 合金在β相區(qū)進(jìn)行熱軋后，合金呈現(xiàn)典型的加工態(tài)組織，縱向有明顯的軋制流線;

3、隨著加工溫度的升高，板材的強(qiáng)度逐漸降低。在a+β相區(qū)進(jìn)行熱軋后，合金的強(qiáng)度升高，塑性降低。在β相區(qū)熱軋，有利于優(yōu)化合金性能，以及進(jìn)一步的加工。
　　 合金板材經(jīng)從。A+β相區(qū)到β相區(qū)固溶處理后，隨著固溶溫度升高，力學(xué)性能變化并不明顯。在β區(qū)固溶處理后，晶粒明顯長(zhǎng)大，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)片狀馬氏體。A+β
　　 相區(qū)固溶處理后空冷和水冷的顯微組織相似，均得到晶粒均勻、細(xì)小的等軸組織。
　　 為得到細(xì)小等軸β晶粒和較好的塑性

4、，推薦固溶處理制度:700℃ /0.5h(水冷或空冷)。而在800℃下保溫0.5小時(shí)、水冷，可保留過冷β相，為后續(xù)的時(shí)效強(qiáng)化做準(zhǔn)備。
　　 合金在由室溫逐漸升溫的過程中有相變發(fā)生。在低溫進(jìn)行時(shí)效處理，易析出硬脆的ω相，隨著時(shí)效溫度的升高，ω相逐漸增多，使合金強(qiáng)度明顯升高，同時(shí)塑性明顯降低，且彈性模量比固溶處理后略有提高。經(jīng)時(shí)效處理后，室溫拉伸斷口中存在解理刻面，表現(xiàn)脆性斷裂特征。在540℃-560℃進(jìn)行時(shí)效處理，組織由β、α’及

5、少量α’’相組成，此時(shí)ω相己經(jīng)轉(zhuǎn)變成了板條狀α相，α相的增多則合金強(qiáng)度和彈性模量都相應(yīng)降低。在該溫度范圍內(nèi)時(shí)效處理，合金表現(xiàn)出較好的強(qiáng)度、塑性的匹配，還有較低的彈性模量。時(shí)效溫度高于560℃后，隨著時(shí)效溫度的進(jìn)一步增加，接近于合金的再結(jié)晶溫度時(shí)，合金的強(qiáng)度明顯下降、塑性略有升高，而彈性模量變化不大，性能基本接近于固溶態(tài)，不能達(dá)到時(shí)效強(qiáng)化效果。
　　 綜上，為使TC26鈦合金達(dá)到較好的強(qiáng)、塑性匹配和較低的彈性模量，并且避免產(chǎn)生惡化