生物醫(yī)用Ti-6A1-7Nb合金熱變形行為及熱處理工藝研究.pdf

1、生物醫(yī)用Ti-6Al-7Nb合金以其與人體骨骼相近的彈性模量、良好的生物相容性和綜合的力學(xué)性能，越來越廣泛的應(yīng)用于外科植入體。外科植入產(chǎn)品在最終使用前須進(jìn)行熱加工成型和熱處理，而熱變形工藝參數(shù)對(duì)材料的塑性變形能力和顯微組織有著重要的影響。本文主要目的是優(yōu)化Ti-6Al-7Nb合金規(guī)模化生產(chǎn)的熱加工工藝和熱處理工藝以便使材料具有良好的熱加工性和提高其力學(xué)性能。
　　 本文研究了變形溫度在750℃～900℃，應(yīng)變速率在0.001s-

2、1～10s-1范圍內(nèi)的熱壓縮應(yīng)力-應(yīng)變規(guī)律，利用金相顯微鏡和透射電鏡對(duì)熱變形后的微觀組織進(jìn)行了觀察，通過計(jì)算表觀變形激活能分析了Ti-6Al-7Nb合金在熱壓縮過程中的變形機(jī)制。研究結(jié)果表明：流變應(yīng)力在經(jīng)歷加工硬化階段后均表現(xiàn)出流變軟化現(xiàn)象，在較低應(yīng)變速率0.001s-1～0.1s-1變形時(shí)，軟化機(jī)制主要?dú)w因于α相動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而在較高應(yīng)變速率1s-1～10s-1變形時(shí)，流變軟化主要是由絕熱效應(yīng)造成的。根據(jù)Arrhenius方程計(jì)算出在7

3、50℃～850℃下的表觀變形激活能約為200kJ/mol，非常接近于α-Ti的自擴(kuò)散激活能，表明在750℃～850℃的變形由α-Ti自擴(kuò)散參與的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶控制。在900℃下表觀變形激活能約為130kJ/mol，低于β-Ti的自擴(kuò)散激活能，說明在900℃下的變形機(jī)制由β相的動(dòng)態(tài)回復(fù)控制。在750℃、應(yīng)變速率低于0.001s-1時(shí)可發(fā)生超塑性變形。綜合考慮變形行為與組織細(xì)化因素，溫度在750℃～900℃，變形速率在0.01s-1～0.1s-

4、1范圍為良性熱加工區(qū)域。
　　 Ti-6Al-7Nb合金作為承重型外科植入品耐磨性相對(duì)較差，本文通過不同的熱處理工藝：普通退火、雙重退火和固溶+時(shí)效處理來探索提高合金硬度的最佳方法。采用二次退火處理能使合金硬度顯著提高，綜合考慮退火工藝成本和對(duì)合金性能的影響，700℃/1h/AC+500℃/4h二次退火處理工藝最佳。提高固溶溫度和時(shí)效溫度，延長時(shí)效時(shí)間顯著增大合金硬度，在950℃固溶+600℃時(shí)效6h后合金硬度最高，達(dá)到330H