高强高韧钛合金研究与应用进展

航空航天业的发展对高强度、高断裂韧性的新型钛合金的需求越来越迫切,研究具有自主知识产权并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视.综合评述了国外传统的Ti-1023、BT22合金、β-21S合金、β-C合金,新型Timetal555和VST55531合金以及我国的TB2和TB10合金等7种高强高韧钛合金研究及应用现状,分析了合金的成分、组织、强度、塑性、断裂韧性等特点.根据国内外高强高韧钛合金发展现状,提出发展方向:研制Rm≥1300 MPa,K(IC)≥55 Pa·m(1/2)新型高强韧钛合金;新型合金成分应以Ti-Al-Mo-V-Cr系为主;探索加工工艺与高强高韧钛合金合金组织及性能的关系;发展具有优异的淬透性及良好的锻造性能为主的大型锻件用高强高韧钛合金.     

生物医用β型Ti-25.6Nb-19.4Ta合金设计与微观结构的研究

利用钛合金β稳定系数Kβ设计制备了4种具有不同组元和成分的医用钛合金,4种钛合金的Kβ值均在1.0～1.5之间,属于理论上的近β型钛合金。通过X射线衍射分析和背散射电子衍射分析,从4种合金中优化出均匀合金化的3元β型医用Ti-25.6Nb-19.4Ta(%,质量分数)合金。利用硬度测试、压缩实验与透射电子显微镜(TEM)等手段对Ti-25.6Nb-19.4Ta合金在铸态、固溶态和400℃不同时间时效处理后的性能和微观结构进行了测试与分析,结果显示:Ti-25.6Nb-19.4Ta合金经过400℃时效处理后,其硬度、强度、弹性模量等随α相、ω相的析出变化明显。对这些变化的分析,揭示了合金的性能与显微结构的密切关系。     

高强韧钛合金热加工变形特征及其影响因素

高强韧钛合金作为结构材料在航空、航天等领域中具有不可或缺的地位,是钛合金发展最为重要的方向之一。综述了几种典型高强韧钛合金热加工过程中热变形激活能(Q_D)、流变应力及再结晶特征等最新研究进展,总结了合金成分、热加工参数及初始显微组织等因素对高强韧钛合金热加工变形的影响规律。最后,针对高强韧钛合金的热加工研究提出了建议,以期为现有高强韧钛合金的广泛应用及新型合金的研制提供参考。     

Ti90及其优化合金的组织与力学性能研究

Ti90合金是我国自主研发的一种新型近α型钛合金,具有高比强度、高韧性、耐蚀和加工性能好等优点。本课题组前期对Ti90合金进行了成分优化,得到一种名义成分为Ti-5. 5Al-4. 0Zr-1. 0Sn-0. 3Mo-1. 0Nb的优化合金。利用X射线衍射仪、金相显微镜、电子探针显微分析仪、电子万能试验机和电化学工作站等检测仪器,对Ti90及其优化合金的组织与力学性能进行对比分析。结果表明,优化合金组织为带有网篮特征的魏氏组织,原始β晶界和α集束清晰可见,有少量残留β相分布于α片层之间。与Ti90合金相比,优化合金的压缩屈服强度与断裂韧性得到了显著的提高,极限应变量有所增加,电化学腐蚀性能较好。     

俄罗斯核反应堆壳体用钛合金的研制进展

钛合金是制造核反应堆壳体的理想材料,俄罗斯对壳体用钛合金进行了大量的系统研究并已成功实现应用,为此,对俄罗斯核反应堆壳体用钛合金的研究进展进行了简要介绍。俄罗斯研究人员根据核反应堆壳体的服役条件,确定了核反应堆壳体对钛合金的性能要求,并采用优选法和因素分析法对合金成分进行设计,系统研究了合金元素对抗辐射性和热稳定性的影响,确定了壳体用钛合金的最佳成分为Ti-Al-V-Zr系合金。此外,采用高纯海绵钛经过熔炼、锻造、轧制成功生产出了组织及性能均满足反应堆壳体使用要求的钛合金环材产品。     

一种新型高强低弹医用钛合金的成分设计与工艺研究

目前,钛合金的设计方法、制备工艺、冷变形机理研究还尚不完善,需要进一步研究下去。深入探讨合金设计方法和合金元素以及热处理工艺对钛合金组织演变以及性能的影响,为新型生物医用钛合金的发展提供重要依据,有着重要的科学意义。     

两种新型生物医用低弹性模量亚稳β钛合金的设计与性能研究

采用无细胞毒性的合金元素Nb、Zr和Mo，应用d-电子合金设计方法设计了两种理论上具有较低弹性模量的新型亚稳B钛合金Ti35Nb8Zr2Mo和Ti20Nb15Zr10Mo。利用WK-Ⅱ型非自耗真空电弧凝壳炉制备了这两种合金，研究了这两种合金的基本力学性能。X-射线分析结果表明设计的两种合金处于固溶态时均由单一的β组成的，符合本研究设计β钛合金的要求。设计的两种合金经不同热处理后，Ti35Nb8Zr2Mo的最低压缩模量为17．7Gpa，Ti20Nb15Zr10Mo的最低压缩模量为14．7GPa，均低于Ti6A14V（锻态）的压缩模量21．8GPa。     

新型生物医用钛合金的设计及应用进展

传统医用钛合金的设计标准主要为强度与弹性模量。随着外科植入物在临床的不断应用,新型生物医用钛合金的设计要求也随之提高,不仅需要考虑合金元素的生物相容性、细胞毒性等生物安全性指标,而且针对不同的人群提出可拆卸或长期植入的理念。对比分析了国际上对医用钛合金的传统设计方法及准则,重点介绍了新一代外科植入用钛合金应该具备的最新设计要素和最新应用进展,提出了医用钛合金的未来发展方向。     

钛及钛合金人体植入材料研究进展

钛及其合金因其具有低密度、高比强度、低弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等特点, 被认为是一种理想的人体植入金属材料, 广泛应用于骨关节替换、牙齿修复等方面, 且对其的需求量快速增长; 同时, 钛也存在骨整合率低、抗菌性差、耐磨性差等缺陷, 急需进一步研究和改进。本文介绍了钛及钛合金作为人体植入材料的优异特性, 概述了国内外关于新型β型钛合金、表面改性钛合金、多孔钛合金、钛-陶复合材料的研究进展, 总结了钛及钛合金材料存在的一些问题, 为新型钛及钛合金材料的设计研发, 钛及钛合金综合性能的优化, 钛及钛合金使用寿命的延长提供参考。     

新型高强抗热腐蚀定向凝固高温合金DZ409

在高温合金设计理论的指导下,综合考虑重型燃机叶片用耐热腐蚀定向凝固高温合金对持久强度、热腐蚀抗力、长期组织稳定性等多方面的要求,设计出 7 种成分的合金.通过热力学平衡相和电子空位数计算,优选3 种成分合金开展力学性能、抗热腐蚀、组织稳定性等研究,进行试验筛选工作,研制出新型抗腐蚀定向凝固高温合金 DZ409 合金.DZ409 合金具有良好的抗腐蚀性能、组织稳定性以及高的力学性能,可用作重型燃机的叶片材料.     

钛合金在生物医用领域的应用优势

介绍了钛合金在生物医用领域的性能优势及应用现状。生物医用金属材料必备的四个基本性能，机械性能、生物相容性、耐腐蚀和耐磨性和骨结合性。钛合金具有较低的弹性模量、耐腐蚀、生物相容性优异等特点成为医用金属材料的首选。     

Titanium alloys in total joint replacement--a materials science perspective

Increased use of titanium alloys as biomaterials is occurring due to their lower modulus, superior biocompatibility and enhanced corrosion resistance when compared to more conventional stainless steels and cobalt-based alloys. These attractive properties were a driving force for the early introduction of alpha (cpTi) and alpha + beta (Ti-6A1-4V) alloys as well as for the more recent development of new Ti-alloy compositions and orthopaedic metastable beta titanium alloys. The later possess enhanced biocompatibility, reduced elastic modulus, and superior strain-controlled and notch fatigue resistance. However, the poor shear strength and wear resistance of titanium alloys have nevertheless limited their biomedical use. Although the wear resistance of beta-Ti alloys has shown some improvement when compared to alpha + beta alloys, the ultimate utility of orthopaedic titanium alloys as wear components will require a more complete fundamental understanding of the wear mechanisms involved. This review examines current information on the physical and mechanical characteristics of titanium alloys used in artifical joint replacement prostheses, with a special focus on those issues associated with the long-term prosthetic requirements, e.g., fatigue and wear.     

航空发动机阻燃钛合金力学性能预测及成分优化

采用支持向量机算法,在实验数据的基础上,建立航空发动机阻燃钛合金的合金化元素与力学性能关系模型,分析合金化元素对力学性能的影响规律。模型的输入参数为V、Al、Si和C元素,输出参数为室温拉伸性能（抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率）。结果表明:各个力学性能支持向量机模型的线性相关系数均在0.975以上,具有较高的预测能力;各个力学性能测试样本实验值与模型预测值的绝对百分误差均在5%以内,具有良好的泛化能力,能够有效地反映出阻燃钛合金的合金化元素与力学性能之间的定量关系,进而实现对该合金的成分优化。对于Ti?35V?15Cr阻燃钛合金,可以通过加入质量分数为0～0.1%的Si元素和质量分数为0.05%～0.125%的C元素,并减少质量分数为2%～5%的V元素,来提高力学性能;对于Ti?25V?15Cr阻燃钛合金,可以通过加入质量分数为1.5%～1.8%的Al元素和质量分数为0.15%～0.2%的C元素,来提高力学性能。      

高温钛合金及钛基复合材料增材制造技术研究现状

高温钛合金及钛基复合材料因具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，近几年来受到了广泛的关注。钛基复合材料的力学性能往往与增强相组织有关，增材制造技术的快速凝固可以使颗粒增强钛基复合材料中晶粒细化，力学性能得到提升。本文综述了高温钛合金及钛基复合材料的研究进展，分析了增强相组织对材料力学性能的影响，总结了增材制造技术制备钛基梯度功能材料的应用。通过增材制造技术制备钛基复合材料不仅可以提高复合材料的硬度和强度，还可以提高复合材料的延展性，采用增材制造技术制备高性能钛基复合材料将会成为未来的发展趋势。     

低成本高性能钛合金研究进展

基于钛合金材料在新一代航空航天飞行器上大量使用,以满足减重、延长寿命的设计和使用要求,因此钛合金低成本化以及钛合金材料成形的低成本化已成为国内外钛工业领域研究的重要方向。发展具有我国自主知识产权的航空用高性能低成本钛合金材料及其加工技术,是提高我国钛合金材料在航空领域用量和应用水平的重要途径。介绍了国内外主要钛合金生产国一些低成本钛合金的研发背景、典型力学性能以及实际应用情况,指出了降低航空用高性能钛合金材料的发展思路。     

钛合金固相渗硼-稀土渗硼机理研究

表面强化处理可以大幅提升钛合金的耐磨性， 也有利于钛合金在高温环境中应用。 钛合金高温固相渗硼是 重要的表面强化方式， 添加稀土提高渗硼效率是重要技术手段。 为深入研究稀土的渗硼催化机制， 本文开展了 900~1050℃渗硼试验， 重点分析了渗硼剂在试验后的相组成变化。 结果表明， 稀土可通过与硼源、 氧发生化学反 应， 生成熔点较低的稀土硼酸盐。 本文对该硼酸盐发挥的作用进行了解释， 论述了稀土在渗硼反应过程中的作用。 经过渗硼的钛合金表面形成了 TiB/TiB2 双相渗层， 显微组织分析表明该渗层与基材结合紧密、 无孔洞缺陷。 本文 还对渗硼钛合金的拉伸性能、 表面摩擦系数、 维氏硬度、 高温洛氏硬度、 结合力等基础力学性能进行了测试， 结 果表明， 渗硼钛合金具有优良的综合力学性能。     

医用钛合金及其表面改性技术的研究现状

介绍了新型医用钛合金的研究开发现状，分析了医用钛合金存在的主要问题，即耐磨性、耐腐蚀性和生物活性有待进一步提高。阐述了表面改性对提高钛合金的耐磨性能、耐腐蚀性能和生物活性的作用。指出应当重视钛合金表面生物活性陶瓷涂层的稳定性问题。认为通过研究开发综合性能更优的新型医用钛合金，寻求更为理想的表面改性工艺以及运用复合涂层制备技术，有望逐步解决钛合金在临床应用中存在的问题。     

钛合金的强韧化技术研究进展

日益提高的需要对钛合金的组织和性能提出了更高的要求。强韧化处理是综合提高钛合金力学性能的重要发展方向。文章概述了钛合金强韧化机理和当前强韧化技术和方法的发展状况,重点是解决其存在的不足,开发其工程化应用。     

Involvement of tachykinins in endotoxin-induced airway hyperresponsiveness

Three new titanium alloys with Zr, Nb, Ta, Pd and In as alloying elements were developed and compared with currently used implant metals, namely, pure Ti and Ti-6Al-4V alloy, in terms of mechanical and corrosion properties, and cytotoxicity. New alloys showed comparable mechanical properties with that of the Ti-6Al-4V alloy, but increased corrosion potential, somewhat decreased breakdown potential and increased corrosion rate. There were no significant differences in cell growth on the surface of the various metal specimens, indicating that the cells cannot differentiate between the passivated surfaces of the various Ti metals.