论文部分内容阅读
钛合金因其优异的综合性能广泛用作人体植入材料，但仍存在弹性模量高、含Al和V有毒元素等不足，近年来，开发弹性模量更低、生物相容性更好的新型医用β钛合金，成为生物医学金属材料的研究重点。本文以d电子合金设计理论及Kβ稳定系数为指导，采用无细胞毒性合金元素Nb、Zr、Mo，设计了新型近β型Ti20Nb6Zr(0～15)Mo合金，研究Mo含量和热处理工艺对其显微组织和力学性能的影响。同时选取综合力学性能较好的Ti20Nb6Zr6Mo合金，进行冷拉拔试验，研究冷加工变形后合金显微组织与力学性能的变化规律。
随Mo含量增加，固溶后合金晶粒尺寸减小。Ti20Nb6Zr0Mo中存在针状α″相，合金的强度高，有较好的塑性及较低的弹性模量；Ti20Nb6Zr3Mo中存在ω相，合金强度和延伸率较高，但弹性模量最高；当Mo含量≥6wt％时，合金显微组织为单一的β相，随着Mo含量的增加，合金的强度升高，延伸率下降，弹性模量增大。上述合金经500℃×12h时效后显微组织为α+β相，随Mo含量增加，析出α相数量减少，由弥散析出变为局部析出，逐渐由针状变为球状。合金时效处理后，较固溶态强度、硬度增加，塑性下降，弹性模量升高。
Ti20Nb6Zr6Mo合金冷拔处理后，在23%变形时出现大量孪晶，44%变形后孪晶破碎逐渐消失。随着变形量的增加，合金横向组织细化，晶粒变小直至晶界破裂；合金纵向组织沿拉拔方向伸长逐渐呈现纤维状。当冷拔变形量为23%时，对比未变形合金其强度升高了41%达到954MPa;当变形量≥44%后，合金的强度小幅度增加，最高值为1049MPa;合金的塑性和弹性模量随变形量增加而降低。
Ti20Nb6Zr6Mo合金固溶态及时效态的综合力学性能良好，均能满足人体植入材料的性能要求，经过85%冷拔变形后，Rm=1045MPa，A=9.5％，E=47.0GPa，综合力学性能优异，强度已经达到TC4的水平，弹性模量下降到TC4的50%以下。