Zr-3锆合金板表面白斑缺陷产生原因

在生产过程中采用树脂砂轮打磨+酸洗工艺对Zr-3合金板坯进行表面处理后,发现其表面出现白斑。采用化学成分分析、显微组织观察和残余应力测试方法对白斑产生原因进行了分析。结果表明:白斑是由于过高的残余应力产生的;通过改用千叶轮打磨或喷砂工艺,降低表面残余应力,减少孪晶形成后,白斑缺陷消除。

医用钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb表面自组装抗凝血复合涂层的构建及其血液相容性(英文)

为了提高新型近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)的抗凝血性能,先通过优化溶胶凝胶技术在TLM合金试样表面制备出一层致密、均匀的TiO2薄膜,再结合表面官能化处理和静电层自组装技术,在TiO2薄膜表面构建一个多层肝素功能涂层。通过XRD分析改性处理后TLM合金表面涂层的相组成,借助SEM、AFM研究功能涂层的表面形貌和微观特征,通过动态凝血时间、溶血率、血小板粘附实验对TLM合金表面改性前后的抗凝血性能和血液相容性进行评估。结果表明,经表面肝素化修饰处理后,TLM合金试样表面光滑、平整,同时材料表面的动态凝血时间延长,溶血率明显降低,试样表面粘附的血小板很少且没有被明显激活,TLM合金的抗凝血性能和血液相容性均得到了明显的改善。

Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金表面活性微弧氧化膜的制备及其骨诱导性(英文)

通过微弧氧化法在新型医用近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb表面制备一层含Ca、P多孔薄膜,再将其在胺基化溶液中活化处理以在薄膜表面引入NH-2。借助XRD、SEM和EDS研究该多孔复合薄膜的组成和表面形貌,并通过模拟体液浸泡实验、体外细胞培养实验和动物体内植入实验研究经上述表面改性处理后的Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金的骨诱导活性。结果表明:该薄膜主要由金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2组成,是一种含有Ca、P的陶瓷混合物;薄膜在模拟体液中具有很好的生物活性,成骨细胞能够很好地在薄膜上分化、生长;表面覆膜处理的Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金的体内骨诱导活性优于未处理的Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金的。

热处理对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织和性能的影响

研究了普通退火、固溶热处理、β热处理、固溶时效、等温退火和双重退火六种热处理工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明:采用普通退火或等温退火时都可以获得等轴组织,棒材在普通退火后具有较高的强度和较低的冲击韧性,在等温退火后强度最低,而冲击韧性最高;采用固溶处理、固溶时效或双重退火时均可获得双态组织,棒材在固溶处理后具有略低的强度和较高的冲击韧性,固溶时效后具有最高的强度和最低的冲击韧性,双重退火后能够获得最佳的强度和冲击韧性;采用β热处理则获得粗大的魏氏组织,材料的冲击韧性很高,但塑性降低非常严重。

外科植入物用Ti-11Mo-6Zr-4.5Sn-3Nb合金板材的室温弹性变形行为研究

研究了一种外科植入物用新型亚稳定β型Ti-11Mo-6Zr-4.5Sn-3Nb合金板材的室温弹性变形行为。结果表明:在室温拉伸加载-卸载过程中,固溶态合金的工程应力-应变曲线表现出显著的“双屈服”特征。基于应力诱发α"马氏体相转变的作用,在首个屈服点出现之前,曲线表现出近似非线性弹性变形的特征。合金板材经时效热处理后,由拉伸测试实验所确定的初始弹性模量数值与时效α析出相的数量无关,而是随着β晶粒尺寸和α沉淀相尺寸的减小而逐渐增加。

多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的构建及其成骨诱导性能研究

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法(MAO)在多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并在此涂层表面通过水热处理生成羟基磷灰石(HA),得到活性次级微孔涂层。采用X射线衍射、电子扫描显微镜和能谱仪分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试实验对比研究了TLM钛合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物实验研究了经表面活性次级微孔层改性后的多孔TLM钛合金的骨整合性能。结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能。

时效对Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-1Zn镁合金组织及性能的影响

利用溶剂保护熔炼法制备Mg-6Gd-3Y-0.4Zr-1Zn镁合金,经固溶、热挤压及200℃时效处理制得试样,通过光镜和扫描电镜等对合金组织、力学性能进行研究。结果表明,与固溶态相比,经200℃×54 h时效处理后,析出的第二相更细小、分布更均匀;时效后合金的硬度提高25.87%,屈服强度提高2.3%,抗拉强度下降2.4%,伸长率略有下降,但仍保持良好的塑性。

热变形对47Zr-45Ti-5Al-3V合金在变形过程中α→β相转变的影响（英文）

研究应变速率和变形温度对具有初始片状α相的47Zr-45Ti-5Al-3V合金在热变形过程α→β相转变的影响。结果表明,当变形温度为550°C时,α相的体积分数随应变速率的增加而降低;而当变形温度为600和650°C时,随应变速率从1×10^(-3) s^(-1)增大到1×10^(-2) s^(-1),α相的体积分数先增加到一个最大值,随后随应变速率的增加而逐渐下降;当变形温度为700°C时,整个变形过程中合金组织由单一β相组成。在一个给定的应变速率条件下,α相的体积分数随着变形温度的增加而降低。随着应变速率的降低和变形温度的增加,球状α相的体积分数和尺寸逐渐增加。当变形温度达到650°C和应变速率降低到1×10^(-3) s^(-1)时,片状α相完全转变为球状α相。α相的体积分数及形貌随应变速率和变形温度的变化显著影响合金的硬度。

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。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织热加工行为

利用Gleeble-1500热模拟试验机对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织进行热压缩实验,实验温度为850~1050℃,应变速率为0.01~1 s-1,变形量为60%。实验结果表明,热加工温度一定时,流变应力随变形量和应变速率的增加而急剧增加直至达到峰值,然后下降,最后趋于平缓,这是由加工硬化和动态再结晶所致。应变速率恒定时,随着变形温度的上升,流变应力随之降低。绘制应力-应变曲线,计算其热变形激活能Q为748.845 k J·mol-1,构建本构方程,并在动态材料模型的基础上建立了热加工图。并通过加工图确定3个失稳区,变形温度为980~1030℃、应变速率为0.3~1 s-1时合金发生剪切,形成绝热剪切带。结合加工图,确定了适合的加工区域,即加工温度为970~1010℃,应变速率为0.03~0.07 s-1。

退火温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织及力学性能的影响

研究了退火温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着退火温度升高,初生α相含量降低,2°~15°小角度晶界逐渐减少;退火温度较高时,退火过程中发生了α相→β相→α相的相变,<0001>∥横向织构消失。随着退火温度升高,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金屈服强度逐渐降低,抗拉强度、延伸率先升高后降低。退火温度升高后,片层组织比例升高,裂纹扩展功占冲击吸收功的比例增大,材料韧性提升。

超声处理对铸态Mg-12Gd-3Y-0.8Zr-0.5Zn合金微观组织及力学性能的影响

为研究不同超声功率对铸态Mg-12Gd-3Y-0.8Zr-0.5Zn合金的显微组织及力学性能的影响,文中通过对Mg-12Gd-3Y-0.8Zr-0.5Zn合金在730℃熔体保温条件下进行超声处理(超声功率分别为0,700,1000,1500,2000 W),采用X射线衍射仪分析材料的物相组成,利用金相显微镜和扫描电镜研究超声波对稀土镁合金组织形貌的影响,采用拉伸实验及布氏硬度计对合金进行了力学性能测试并观察合金的断口形貌。研究结果表明:随着超声功率的增加,合金的α-Mg相细化明显,富镁第二相呈点状弥散分布于晶界处;合金的α-Mg和第二相细化程度先增强后降低,合金的抗拉强度与硬度值均先增大后减小。当超声功率为1000 W时,合金的细化效果最佳,达到24.67μm,与未超声合金相比减小了31.22%,其综合力学性能最好,抗拉强度为243.4 MPa,硬度值为71.42 HB。对比拉伸断口可知,超声处理前后的合金断口均为解理脆性断裂,经1000 W超声处理后,断口解理面显著减少。

热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响

采用Gleeble 3500热模拟实验机和D/MAX-2500/PC型X射线衍射仪研究了热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响。结果表明,在850℃固溶处理后,该合金发生完全再结晶,再结晶晶粒尺寸为224μm,合金的组织由单一β相组成。在α+β两相区热变形过程中,该合金将发生β→α相的转变,其相变行为依赖于应变速率和变形温度。在低应变速率变形时,该合金发生了β→α相的转变;而在高应变速率变形时,该合金发生α→β相转变。在低温高应变速率变形时,该合金中析出的α相为针状。随变形温度的升高和应变速率的降低,针状α相发生球化,而且球状α相的体积分数逐渐增加。当变形温度为600℃和应变速率为10-3s-1时,针状α相完全球化。

基于TiH_(2)原料的粉末冶金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的组织与性能研究

目的研究烧结工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织演变及力学性能的影响。方法以TiH_(2)粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备低成本高性能的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金,分析合金在不同烧结条件下组织与性能的变化规律。结果TiH_(2)的脱氢温度区间集中在450~700℃;Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结过程可分为缓慢致密化、快速致密化、全致密化3个阶段。随着烧结温度的升高与保温时间的延长,试样基体中的等轴α-Ti含量减小,而层片状组织结构的体积分数增大;同时,材料的孔隙率降低,孔洞的圆整度提高,而孔隙半径减小。在1250℃下保温烧结4 h后,可制得相对致密度为97.5%的合金试样,其压缩屈服强度σb为1140 MPa,而压缩应变δ为24%。结论相比于保温时间,烧结温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结行为有着更加显著的影响,合理选择烧结参数可制得高致密高性能的钛材。

新型高强度钛合金47Ti-45Zr-5Al-3V退火后的微观组织与力学性能

通过对47Ti-45Zr-5Al-3V合金进行不同温度退火处理,对其微观组织与性能的演变规律进行研究。结果表明,经过高温锻造后的47Ti-45Zr-5Al-3V合金由α+β相组成,在550℃以上温度热处理时合金中α相向β相转变。随温度升高合金中β相含量增加,当温度为800℃时α相全部转变为β相。热处理对47Ti-45Zr-5Al-3V合金的力学性能的影响取决于α相和β相含量。合金抗拉强度随β相含量增加降低,而伸长率增加。

高强韧Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-xFe钛合金的组织和压缩性能

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度计、电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)等分析测试方法,研究了Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-xFe(x=0,0.4,0.8,质量分数,%)铸态合金双重退火后的组织和力学性能。结果表明:3种铸态合金的组织均为近魏氏组织;热处理后,随着Fe含量增加,合金组织中的α相长径比减小,等轴化更为明显,且次生α相细化以及β相含量增加,维氏硬度升高。在0.001 s^(-1)应变速率下静态压缩,合金具有应变强化效应,Fe含量越高应变强化效果越显著,TC21-0.4Fe合金断裂前最大应力和断裂应变比TC21-0Fe合金分别提高约16.86%和30.72%。在2500 s^(-1)高应变速率下动态压缩,TC21-0.8Fe合金的流变应力最高,约为1377 MPa,比TC21-0Fe合金提高了6.99%,TC21-0.4Fe合金具有最好的断裂应变,约为0.139,比TC21-0Fe合金提高了21.92%。

新型Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti80)合金焊接工艺研究

结合新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo化学成分、金相组织和性能,分析了其焊接特点,制定了焊接和焊后热处理试验方案,完成了新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo焊接和热处理工艺试验。对其焊接接头进行的外观检查、射线检测、力学性能试验、金相组织分析的结果表明,新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo具有良好的焊接性能和更好的潜在使用价值。

氧元素对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金热变形组织及性能的影响

通过严格控制合金熔炼过程原料中杂质元素含量并添加TiO_2来熔炼出实验所需不同氧元素含量的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金铸锭。在Gleeble-3800热模拟试验机上对不同氧含量的钛合金铸锭进行热压缩实验,获得不同温度和变形速率下热压缩变形的应力-应变曲线。通过分析热变形应力应变曲线、计算本征常数,获得氧含量(质量分数)为0. 04%、0. 14%的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的热变形本构方程。观察金相组织后发现,提高氧元素含量会显著提高合金热变形激活能,抑制合金塑性变形;但适当的氧含量又可以促进合金发生动态再结晶,使得发生动态再结晶所需要的温度降低,发生再结晶的变形速率也有所提高。促进钛合金动态再结晶形核同时,拓宽钛合金热变形过程的加工温度、变形速率的范围;但过量的氧含量也会造成合金热变形过程中流变失稳导致加工区域变小。因此在工业生产过程中需要根据具体的热加工工艺,将合金中杂质元素氧的含量控制在一个合理的范围之内,从而取得更加优异的综合性能。

热处理对Ti-8V-8Cr-2Zr-3Al合金丝材组织和性能的影响

分别选用不同的固溶温度、固溶冷却方式和时效保温时间对Ti-8V-8Cr-2Zr-3Al合金丝材进行热处理,研究了热处理制度对丝材室温拉伸性能及金相显微组织的影响。结果表明:固溶处理温度在740～820℃范围内,力学性能及显微组织对温度不敏感,固溶温度继续提高时,材料晶粒明显变大,强度降低,塑性下降;固溶温度为740℃,分别以水淬、空冷方式冷却,材料的组织、性能无明显变化,以炉冷方式冷却,强度提高,塑性下降。眼镜架用Ti-8V-8Cr-2Zr-3Al合金丝材较为理想的热处理工艺为740℃×10 min/AC+550℃×(4～6)h/AC,经该工艺处理后,材料的抗拉强度约1 120 MPa,延伸率大于12%,能够满足用户要求。

冷轧变形β相Ti-35Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金的相变特征研究

主要研究了Ti-35Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金在冷轧变形过程中不同变形量下的相变特征。结果表明:β相Ti-35Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金冷轧变形诱发α"和ω相变,α"相呈现板条状,ω相呈直径2~6 nm的无规则小颗粒状,随着变形量增大,ω相呈弥散或聚集分布,当变形量增大到90%,ω相急剧减少;根据第一性原理计算得到的ω相单晶体杨氏模量较β相单晶体的小,因此ω相变降低了多晶体Ti-35Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金的杨氏模量。