高强低弹模Ti-Nb基β钛合金设计及力学性能研究

123456aa · 发表于 2022-4-22 15:21:01

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雅宝题库解析：
纯钛及钛合金由于具有良好的抗腐蚀性和机械性能而被广泛地用于人体硬组织替代材料。然而，目前使用的医用钛合金还存在很多不足，如含有Al、V等有毒元素，弹性模量高等。开发具有良好生物相容性和更低弹性模量的外科植入用新型钛合金成为解决这一题目的有效途径。Ti-Nb基β钛合金由于具有优良的综合性质受到广泛关注。本论文采用金相组织观察（OM）、X射线衍射分析（XRD）、透射电子显微观察（TEM）、室温拉伸、XRD原位拉伸及差示扫描量热法（DSC）研究了Ti-Nb-Sn三元合金的微观形貌、相组成、力学性能，主要考察合金元素（Nb、Sn）及热机械处理对Ti-Nb基合金的影响规律。分别改变合金中Nb元素与Sn元素的添加量，考察合金成分对其性能的影响。发现：向钛合金中添加Nb、Sn元素均能够稳定β相。钛合金固溶水冷时，随着合金元素Nb含量的增加，β相变稳定，阻碍α"马氏体和ω相的形成；在Ti-(30～42)Nb-4Sn合金中，当Nb含量不超过35wt.%时，合金淬火时出现α"马氏体；Nb含量大于35wt.%时，β相可以全部保留到室温，得到单一β相。此外，本文系统的研究了热机械处理对低Nb含量合金Ti-(30～35)Nb-4Sn组织及性能的影响。实验结果表明，冷轧后在低Nb合金中出现特殊的非线弹性变形行为与应力诱发马氏体相变有关。时效和退火均能提高合金的强度，时效后由于析出等温ω相会显著提高合金的弹性模量。TEM结果表明，退火处理保留了大量冷轧时留下的位错，位错与析出的弥散细小的α相交互作用使合金具有较高的强度，同时保持较低的弹性模量。添加合金元素及采用合适的热处理工艺获得了不含生物毒性元素、高强度、低弹性模量的钛合金。Ti-30Nb-4Sn合金和Ti-33Nb-4Sn合金冷轧后分别在300℃退火和400℃退火2h，获得了较好的强度与弹性模量的匹配。其中弹模量分别为72GPa和79GPa，相应的屈服强度为1080MPa和1000MPa，有望作为生物医用植入材料得到应用。

高强低弹模Ti-Nb基β钛合金设计及力学性能研究

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