氧含量变化对Ti-38Nb-4Zr-xO合金显微组织及力学性能的影响

采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-38Nb-4Zr-xO(x=0,0.3,0.6(质量分数))3种合金进行熔炼,并将他们分别在900、500℃下进行固溶时效1 h处理,运用金相显微镜(optical microscopy,OM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission elec‐tron microscope,TEM)、纳米压痕仪(nanoindenter)、静态热机械分析仪(thermo-mechanical analyzer,TMA)和万能试验机(universal testing machine,UTM)对Ti-38Nb-4Zr-xO合金进行表征,探究氧(O)含量变化对固溶时效合金组织及性能的影响。结果表明:固溶处理后Ti-38Nb-4Zr-xO合金均未检测到淬火马氏体α"相存在,他们均呈现出单一β相组织,其晶粒尺寸大小随着O含量增加而减小;经时效处理后,Ti-38Nb-4Zr-xO合金析出ω相和α相,同时O会延缓(或抑制)上述两相的分解;添加O和固溶时效处理均能使Ti-38Nb-4Zr-xO合金的抗拉强度、弹性模量和硬度提升,O的质量分数在0~0.6范围内,固溶态下每增加0.1的O元素,抗拉强度约提升50 MPa,弹性模量约提升1.5 GPa。

低弹性模量Ti-33Nb-4Sn,Ti-31Nb-3Zr-4Sn钛合金在模拟人工体液中的腐蚀行为研究

采用纳米压痕仪研究了Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的力学性能。采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱研究了新型医用钛合金Ti-33Nb-4Sn、Ti-31Nb-3Zr-4Sn和对比合金Ti-6Al-4V在模拟人体体液中电化学腐蚀行为,并根据扫描电镜和X射线衍射仪对极化测试后的试样表面形貌和相结构进行观察。结果表明,Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金具有较低的弹性模量;3种合金的腐蚀电流密度按Ti-6Al-4V、Ti-31Nb-3Zr-4Sn和Ti-33Nb-4Sn的顺序递增。

热氧化对低弹性模量Ti-33Nb-4Sn钛合金表面氧化层的影响

将Ti-33Nb-4Sn钛合金置于箱式电阻炉中,分别在600、650、700、750、800℃的静态空气中进行高温氧化获得表面氧化层。用扫描电镜和XRD对氧化层进行分析。结果表明:随温度的增加,氧化程度加剧,氧化层的厚度随之增加,导致氧化层与金属的内应力增加,结合力下降,氧化膜有脱落现象。在600~700℃,Ti(Nb)O的峰随温度升高先增强后减弱;在650℃时,出现了新的Ti_xNb_yO相。当温度达到700℃时出现了金红石相,随氧化温度的升高,在700~800℃时,金红石相的峰值强度逐渐增强,Ti Nb相的峰值强度逐渐减弱。

轧制及退火对Ti-18Nb-4Sn合金织构的影响

本文以亚稳型β钛合金Ti-18Nb-4Sn(原子分数,%)为对象,研究了75%热轧后再进行75%和97%冷轧,以及在800℃不同时间退火对其织构的影响。结果表明,经过不同程度冷变形后,试样出现了{112}<110>,{223}<110>,{111}<110>和{111}<112>型轧制织构.随变形量增加,轧制织构强度均有所增强,其中以{223}<110>型织构强度增加的幅度最大.800℃退火对75%冷轧试样的织构类型和强度影响不显著,而对97%冷轧试样的织构产生强烈影响,形成了单一的高强度的{111}<112>再结晶织构.该织构在退火5 min后就达到稳定,延长退火时间到1 h对其强度变化无明显影响.分析表明,热轧决定了随后冷轧和退火过程中织构类型的变化,而大变形量的冷轧以及随后的退火促进了高强度{111}<112>再结晶织构的形成.

退火工艺对大形变冷轧Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn医用钛合金组织和力学性能的影响

以新型医用钛合金Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn为对象，研究了该合金经固溶处理、85％冷变形和再结晶退火后的组织和力学性能。研究表明：该合金经固溶处理和85％冷变形后均由单-的β相构成。冷变形使合金强度显著上升，弹性模量降低，伸长率略有下降。经650℃再结晶退火后，合金仍由单一的β相构成，晶粒显著细化。随着退火时间的延长，缺陷减少，再结晶比例增高，合金的强度略有降低，弹性模量有所升高，塑性显著改善。形变率为85％的Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn合金经650℃退火30～60min后，合金的强度和伸长率显著优于Ti-6A1—4V，综合力学性能优异，适合作为医用种植材料。

包埋料和铸道参数对Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金铸流率的影响

目的:优选适合Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金铸造的包埋料、铸道直径和长度,以便提高该合金的铸流率。方法:采用网状试样法,计算Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金在3种包埋料、3种铸道直径和长度条件下的铸流率,做析因设计的统计学分析。结果:包埋料、铸道直径和长度对Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金的铸流率均有显著影响(P<0.05),但不认为包埋料、铸道直径和长度两两之间及三者相互之间存在交互作用(P>0.05)。结论:使用氧化镁系铸钛专用包埋料,选择直径5 mm、长度5 mm的铸道包埋铸造,可取得铸流率高达(94.90±4.67)%。

热处理对SPS烧结Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金,研究固溶时效处理对合金显微组织和力学性能(强度、塑韧性及弹性模量)的影响。结果表明:合金经850℃固溶处理后主要由β相、少量初生α相及淬火马氏体α″相组成;在450℃时效处理后,合金基体β相内析出大量细小无规则的针状次生α相,随着时效时间从4 h延长到48 h,次生α相趋于定向析出,含量和尺寸逐渐增大;与烧结态相比,固溶时效处理后合金抗压强度和弹性模量增大,而塑韧性呈先提高后降低趋势;经优化后固溶时效处理制度为(850℃,1.5 h,WQ)+(450℃,4 h,FC),此时合金抗压强度、屈强比和弹性模量分别为1701 MPa、0.69 GPa和42.8 GPa。

Ti-14Nb-4Sn形状记忆合金的性能研究

为了验证Ti-14Nb-4Sn(at%)合金用于制备压力管道管接头的可行性,研究了该合金的超弹性和形状记忆效应。针对淬火温度对形状记忆合金性能具有重要影响的特点,采用了不同的淬火工艺对合金进行热处理,由弯曲试验确定了合金获得良好性能的淬火温度。通过拉伸试验对合金的超弹性进行了进一步研究与分析,发现了400℃淬火合金具有接近完全的超弹性,得到了循环拉伸可以明显改善合金超弹性的结论。研究结果表明,经过特定温度淬火后的Ti-14Nb-4Sn合金具有良好的超弹性和形状记忆效应,可作为压力管道管接头的优良选材。

粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的研究

以氢化钛粉和Nb、Zr、Sn粉为原料,采用粉末冶金法制备致密的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金。通过力学性能测试和SEM法研究了烧结工艺对Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金组织和性能的影响。结果表明,最佳烧结工艺为烧结温度1250℃×2h,此时合金致密度高达97.2%、烧结密度5.2g/cm3、抗拉强度705MPa、伸长率5.58%。该合金的组织为典型的魏氏体,由β基体和析出的α相组成;烧结温度高,孔隙度明显降低,β晶粒、α相平均尺寸都相应增加;保温时间越长,β晶粒、α相平均尺寸也都相应增加。

原料粒径与烧结温度对放电等离子烧结Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金组织和性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备生物医用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金,研究原料粒径与烧结温度对合金显微组织和力学性能的综合影响。结果表明:烧结合金组织由β-Ti相基体及少量未熔化金属颗粒和残留α-Ti相组成,烧结温度的升高会减少未熔化金属颗粒和残留α-Ti相;在相同烧结温度下,Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径的减小,会促使烧结合金中的β-Ti相组织更为均匀并使未熔化金属颗粒明显减少,从而降低合金的压缩弹性模量和提高合金的抗压强度与致密度;在Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径为10.5μm和烧结温度为1 200℃时,合金获得了压缩弹性模量为46 GPa、抗压强度为1 550 MPa的最佳综合力学性能。

粉末冶金Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金高温流变行为及本构模型研究

利用Gleeble-1500D热模拟实验机对元素粉末法制备的TiAl基合金进行等温压缩实验,实验温度为1100~1200℃,应变速率为0.1~0.001 s^(-1)。研究结果表明:粉末冶金Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金在等温恒应变速率压缩过程中产生了明显的动态再结晶,流动应力呈流动软化特征,其流变应力值随着变形温度的上升而降低,随应变速率的增大而增大;获得峰值应力下的激活能为563.67 kJ·mol^(-1)。基于BP神经网络建立了该合金的本构模型,结果显示预测值和实验值的拟合相关系数达0.9995,所建立的本构模型平均相对误差在4%以内。通过与Arrhenius型本构模型预测结果的各项统计参数进行对比,发现BP神经网络模型预测效果较佳,可客观真实地描述Ti-44Al-2Cr-4Nb-0.2W-0.2B合金的高温塑性变形行为。

模拟人体体液中放电等离子烧结生物医用Ti2448合金的腐蚀行为研究

利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱方法研究了放电等离子烧结技术(SPS)制备的生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn(Ti2448)合金在Hank's模拟人体体液中的电化学腐蚀行为及腐蚀机理,并与工业纯钛(TA1)和Ti-6Al-4V(TC4)合金进行了比较。结果表明:与TA1和TC4合金相比,在37℃的Hank's溶液中SPS烧结Ti2448合金具有最小的腐蚀电位与致钝电流密度、接近的腐蚀电流密度以及最大的极化电阻,3种材料耐腐蚀性能好坏依次为Ti2448>TC4>TA1。

中温旋锻变形Ti2448合金的显微组织及力学性能

采用XRD、TEM等手段对Ti-24Nb-4Zr-8Sn(质量分数,%)合金中温旋锻变形后的显微组织进行研究。结果表明,经过较大的中温变形后,合金呈旋涡状大理石花纹组织且具有与旋锻轴向平行的强烈的〈110〉丝织构,这种典型的组织是由于具有〈110〉取向的晶粒在轴向拉应力状态下发生平面应变所致。TEM分析显示组织中含有高密度的小角晶界,应变分布不均匀。旋锻变形后,合金具有3.3%的超弹性变形和微弱的加工硬化行为。由于变形组织中留有大量的分布不均匀的残余应力,合金的塑性较差,在600℃下5 min去应力退火处理后,合金的塑性增强。

新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在Hanks溶液中的电化学腐蚀行为研究

采用极化曲线分析、电化学阻抗谱(EIS)测试和浸泡实验的方法,并结合XPS,XRD和SEM等分析手段对新型医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金在37℃的Hanks人工模拟体液中的电化学腐蚀行为进行了研究,并与纯Ti和Ti-6Al-4V合金进行了比较.结果表明:在37℃的Hanks溶液中,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的腐蚀电流密度与纯Ti相等,并且钝化性能优于纯Ti和Ti-6Al-4V,这与其钝化膜中存在大量的Nb_2O_5密切相关;EIS结果显示,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金表面形成内层致密而外层疏松的双层钝化膜结构,致密层特性对材料的耐蚀性能起到决定性作用;随着浸泡时间的延长,致密内层的电阻大幅度提高,Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的耐蚀性能增强,同时疏松外层中的微缺陷发展成为宏观裂纹,造成疏松外层整体脱落.

新型医用Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr和Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr合金在林格溶液中的电化学腐蚀行为

采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测量方法研究了新型医用钛合金Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr和Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr在林格溶液中的电化学腐蚀行为,计算了2种合金在林格溶液中的腐蚀电位(φcorr)、腐蚀电流(Icorr)及钝化电流(Ipass),并根据EIS曲线建立了等效电路进行参数分析,同时与Ti-6A1-4V(TC4)合金进行比较。结果表明:Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr、Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr和TC4合金的Icorr和Ipass依次增大,而φcorr依次减小。EIS结果分析显示,3种合金在林格溶液中均可形成致密内层和疏松外层的双层钝化膜,其中致密内层钝化膜对合金表面的保护起主要作用。3种合金的致密内层的阻挡作用按TC4、Ti-35Nb-1.3Mo-3.7Zr和Ti-35Nb-4Sn-6Mo-9Zr的顺序递增。

氧化温度对β-Ti-24Nb-4Zr-7．9Sn合金表面生物活性的影响

采用热氧化的方法在新型高强度、低弹性模量β-Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金表面制备了氧化层,改善其生物活性,进而在模拟体液(SBF)中诱导类骨磷灰石生长。通过对不同温度氧化试样在浸入SBF前后的表面形貌、相组成、组元化合价及接触角的变化分析,探讨了氧化温度对合金表面类骨磷灰石形成的影响。结果表明,550℃及650℃氧化3h后,合金表面被Ti、Nb、Sn等不同价态的氧化物层完全覆盖,温度越高,氧化层越厚,其中金红石TiO2的量也就越多。650℃氧化试样表面浸润性较好,生物活性高,在SBF中浸泡5天,可沉积出均匀、完整的类骨磷灰石层。

多孔医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的制备和力学性能

将轧制成形与真空烧结相结合制备出大块多孔Ti-24Nb-4Zr-8Sn(%,质量分数,简称Ti2448)材料,研究了冷轧形变量(20%-40%)和烧结温度(1100-1300℃)对其孔隙率、平均孔径、压缩强度及杨氏模量的影响。结果表明,在烧结温度相同的情况下,随着冷轧形变量的增加,多孔Ti2448合金的孔隙率和平均孔径均减小,压缩强度和弹性模量线性增加。烧结温度对多孔材料孔隙率及孔径的影响不大。在孔隙率相同的情况下,多孔Ti2448合金的压缩强度和模量比明显优于纯钛多孔材料。