低弹性模量亚稳β型Ti-38Nb合金的微观组织与力学行为

报道了一种兼具低弹性模量和高强度的新型亚稳β型Ti-38Nb(%,质量分数)合金,并系统地研究了热-机械处理对合金微观组织及力学行为的影响。研究结果表明,Ti-38Nb合金经固溶处理后,由于合金中β稳定化元素含量不足,高温β相并没有完全保留至室温,合金中生成了大量的α″马氏体。此时,Ti-38Nb合金在较低的应力水平下(约207 MPa)便发生了马氏体变体的再取向和应力诱发马氏体相变,故无法满足生物医用材料对高强度的要求。经冷轧和673 K退火40 min后Ti-38Nb合金中引入了大量的位错和晶界,高密度的位错和晶界有效地抑制了ω相的析出和α″马氏体的产生。此时,β稳定化元素含量低的高温β相被稳定至室温,合金实现了低弹性模量(56 GPa)和高强度(拉伸强度1020 MPa)的良好匹配。因此,Ti-38Nb合金由于其低弹性模量和高强度特性有望在生物医用植入材料领域获得应用。     

一种兼具高强度、高应变硬化率和高塑性的新型钛合金

本研究设计了一种三元亚稳β钛合金Ti-9Mo-6W(质量百分数)。由于该合金变形时会联合出现相变诱发塑性效应和孪晶诱发塑性效应,使该合金的加工硬化速率可以接近2 100MPa,均匀变形能力高于35%。为了深入了解Ti-9Mo-6W合金的变形过程,对其变形过程中的显微组织进行了详细分析。结果表明,Ti-9Mo-6W合金变形过程中存在{332}113机械孪晶、应力诱发ω相、应力诱发α"马氏体等不同的变形机制,综合作用使合金内部最终形成了具有高度协合性的复杂网络变形组织。     

β钛合金超弹性影响因素及其提高方法

β钛合金具有良好的力学性能、高耐蚀性以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注.β钛合金的超弹性归因于应力诱发的β→α"马氏体相变及其逆转变.阐述了影响β钛合金超弹性的因素,归纳了提高合金超弹性的方法.通过添加合金元素调整相变温度和滑移临界应力使得应力诱发马氏体相变更易发生,延迟β相塑性变形的发生,能够获得更大的...     

Ti-26Nb-28Ta-5.5Zr合金室温压缩变形过程中微观组织变化规律

借助d电子理论计算,设计并制备了具有较高Kβ稳定参数的生物相容性β型Ti-26Nb-28Ta-5.5Zr(%(质量分数),Kβ～1.61)合金。综合利用万能电子试验机测试、显微硬度测试、X射线衍射分析和透射电子显微学观察等方法,研究了该合金固溶态时的压缩性能、变形机制以及不同变形量对应的显微结构特征。结果表明:固溶态β型Ti-26Nb-28Ta-5.5Zr合金具有较好的塑性,其屈服强度约为450 MPa。当变形量为7%时,其形变机制为位错滑移;当形变量为50%时,严重影响变形结构特征的塑性变形机制主要为应力诱发α″马氏体相变;而当形变量为75%时,除了α″马氏体相变、还观察到明显的非均匀局域化变形。     

新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金时效过程中ω相与α相的竞争

对一种新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn(%,质量分数)合金时效过程中ω相与α相的竞争行为进行了系统研究。研究表明,Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经固溶处理或冷轧处理后,合金的相组成均为β相和α″马氏体。固溶态和冷轧态Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经相同的时效处理(即573 K时效2 h)后,析出产物分别为等温ω相和α相。这主要是由于冷轧后合金内部含有大量位错和晶界,这些位错和晶界在后续时效过程中抑制了等温ω相的析出,同时为α相的异质形核提供了条件,促进了α相的析出。这一发现为亚稳β钛合金时效过程中ω相与α相之间的竞争提供了直接的证据。此外,上述研究结果也清楚地表明,通过对亚稳β钛合金进行冷轧预处理,可以在后续时效过程中抑制脆性ω相析出的同时在合金中获得对力学性能有利的细小α强化相,这无疑对研发低模量和高强度兼备的新型β钛合金具有重要的意义。     

β相稳定性对Ti-10V-3Fe-3Al合金变形模式及压缩性能的影响

<正>金属的变形有以下几种不同机制:孪生、变形诱发马氏体、位错滑移,或其综合作用。变形机制与基体状态密切相关,一方面与启动位错滑移或孪生的临界应力有关,另一方面与亚稳定基体转变成马氏体的能力有关。迄今为止,对亚稳定β钛合金变形机制的研究很少,对于含有α相的亚稳定β钛合金,也仅研究了β-CEZ(Ti-5Al-2Sn-5Zr-4Mo-2Cr-1Fe)和Ti-10V-2Fe-3Al合金的变形机制。研究表明,     

亚稳β钛合金的变形机制的研究进展

亚稳β钛合金在室温下变形时的变形机制通常受到多种因素的影响,导致其变形机制十分复杂.综述了亚稳β钛合金的各种变形机制,包括{332}<113>孪生、{112}<111>孪生、位错滑移、应力诱发α"相变、应力诱发ω相变等,以及β相稳定性、变形温度、变形速率和变形量等因素对变形机制的影响,并提出了在该领域可能的研究方向.     

亚稳定β钛合金中等温斜方马氏体α″相的形成

在钛合金中由于β-Ti基体化学成分的差异,其马氏体相以密排六方晶系或斜方晶系的晶体结构呈现。目前钛合金中形成斜方马氏体α″相的途径主要有两种,一种是合金在β相区固溶然后快速冷却到室温的过程中形成斜方马氏体α″相,另一种是合金     

超弹性Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的马氏体相变研究

<正>马氏体β型Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金(Ti2448合金)在室温下表现出良好的超弹性能,可回复应变可达3.3%,明显高于Ti-6Al-4V合金和Ti-Nb二元超弹性合金。法国学者Y.Yang等利用拉伸试验、原位同步辐射X射线衍射(SXRD)、动态力学分析技术(DMA)研究了超弹性Ti2448合金的马氏体相变。实     

Cu-Zn-Al合金中马氏体相变的动态观察

Cu70Zn26Al4合金中存在马氏体转变,高压电镜(1000kV)和分析电镜的观察表明,在室温下的平衡母相为β’相(DO_3型),有部份淬火马氏体、表面马氏体存在,还有少量的γ相。在相变过程内,样品中有微裂纹产生和扩展;在冷却实验中,马氏体以母相的(101)面为基面,新相结构为M12R+2H型,没有择优取向问题。在应力诱发马氏体相变中,马氏体以母相的(110)面为基面,新相结构为M18R,存在择优取向问题。在冷却实验中和应力诱发马氏体相变中,都存在β相的预转变,预马氏体的9R和12H衍射极大。在应力诱发马氏体相变中,预马氏体的出现与否与应力施加的速率有关。     

医用β型钛合金中氧元素的作用

低模量β型钛合金作为生物医用材料得到了广阔的发展.国内外研究者发现添加O,N和H等间隙元素能够有效提高β型钛合金的力学性能.其中,O是研究最广泛的间隙元素.以国内外研究结果为基础,综述了O对β型钛合金的显微组织、相变、力学性能和超弹性的影响.O元素能够细化β相晶粒,但过多则会产生偏析.O抑制淬火过程中α″和ω两种马氏体转变.O具有很强的固溶强化作用,显著提高钛合金强度、硬度和耐磨性.O提高β相临界滑移强度和降低Ms点的作用有益于合金的超弹性和形状记忆效应.     

Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响

通过真空非自耗电弧熔炼炉制备Zr-Ti-xNb(x=6、8、10,摩尔分数,%,下同)合金,采用锻造和β单相区固溶热处理工艺进一步加工铸锭,通过对材料微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的表征,研究Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果显示,Zr-Ti-xNb(x=6、8、10)合金均由β相和α″相组成,随着Nb元素含量增加,β相含量增加,α″相含量降低,Nb元素添加提高了合金中β相的稳定性。同时Nb含量增加,合金屈服强度由360 MPa增加至780 MPa,固溶强化效应明显,在变形过程中出现了应力诱发马氏体相变现象,极大提高材料的抗拉强度和塑性。同时可以较好地提高合金的耐腐蚀性能,实验表明三种材料在生理盐水中均表现出较强的耐腐蚀性能。     

亚稳β钛合金Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn的单时效及双时效研究

<正>在过去的30年中,亚稳β钛合金因具有比α+β钛合金更为优异的成形性和淬透性而得到越来越多的关注和应用。亚稳β型Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn(Ti-15-3)合金可用于替代Ti-6Al-4V合金,满足航空用金属薄板的需求。该合金具有出色的冷成形性,并且其机械性能可以通过改变时效处理工艺进行调控。Ivasishin等人的研究表明,与单时效处理相比,双时效处理在改善Ti-15-3合金弹限强度和抗拉强度的同时,还可以改善合金的面缩及延伸率。此外,时     

压应力下Ti-1300合金时效过程中相变与组织演化

通过膨胀法、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等方法和技术手段研究了压应力下Ti-1300合金在等温时效过程中β_m→α+β相变动力学和组织演化规律。结果表明:压应力作用下Ti-1300合金在等温时效过程中β_m→α+β相变动力学方程可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表示,并拟合出来Avrami指数,用于表征相变机制;Ti-1300合金在40 MPa压应力的β_m→α+β相变机制与无应力状态下的相似;当合金在600℃时效时的相变机制为开始是在位错线上进行形核,随后形核率迅速衰减为零,随着次生α相的析出,转而在α/β界面上形核,并且形核位置很迅速又饱和,形核率再次衰减为零;而当合金在700℃时效时的相变机制主要为界面形核。但Ti-1300合金在40 MPa压应力下进行等温时效时,组织演变表现出明显的α相择优取向效应。通过分析Ti-1300合金进行双级时效的显微组织发现, Ti-1300合金在等温时效过程中引入外加压应力后,外加压应力对合金中α相应力取向效应的影响主要在α相的形核阶段,对α相的长大阶段影响不明显。     

超弹性β-Ti合金研究进展

生物医用β-Ti合金因具有低弹性模量和超弹性的特点而备受关注。亚稳定β-Ti合金的超弹性来源于应力诱发的β→α″马氏体转变及其逆转变。以分析Ti-Nb基和Ti-Mo基两合金体系为基础,对β-Ti合金的研究现状进行了归纳总结,阐述了合金元素添加对β相马氏体转变和超弹性的影响,指出提高超弹性的关键是通过提高β相的屈服强度和调整成分获得合适的Ms点,随后介绍了超弹性β-Ti合金经不同热处理后能够获得更高的超弹性回复,最后对生物医用β-Ti合金的发展进行了展望。     

热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V组织及力学性能的影响

通过研究选区激光熔化Ti-6Al-4V合金件不同热处理制度下组织结构转变规律,揭示其热处理工艺—组织结构—力学性能内在联系。结果表明:在600～700℃范围内,合金中α^′马氏体未完全分解,形成α′和α+β混合组织,合金的强度较高,延伸率偏低;温度升高至800～900℃时,α′马氏体完全转变为稳定的α+β层片组织结构;热等静压后,合金亚稳α′马氏体完全转变为α+β层,局部区域出现粗化;随着热处理温度的升高,相对于沉积态,合金的屈服强度和抗拉强度逐渐降低,断后延伸率逐渐增加;结合微观组织晶粒的长大行为,沉积钛合金退火温度、时间选择800℃、2 h为宜。     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zrβ钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明:随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

近β钛合金压缩变形行为研究

业稳态卢钛合金可以通过位错滑移形成孪晶及应力诱发马氏体相变来发生形变。当马氏体相变的温度低于室温时,β相可以被应力诱导转化为密排六方a’相或正交a”马氏体相,     

加工工艺对Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金组织和性能的影响

基于d电子理论设计了成分为Ti-21Nb-7Mo-6Sn的亚稳态β钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等设备,研究了Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金在冷轧和退火过程中显微组织的演变。结果表明:冷轧产生大量位错和晶界,组织由β相转变为α"相;在退火过程中,α"相转变为β相,再结晶优先在板条马氏体区形成;随退火温度的升高,Ti-21Nb-7Mo-6Sn合金的弹性模量先降低后升高,弹性回复率则与之相反;923 K退火10 min后,获得了最低的弹性模量(53 GPa)和最高的弹性回复率(69.84%)。     

近β型生物医用钛合金在磷酸缓冲液中的电化学行为

<正>根据钛合金在室温下合金元素以及相组成的不同,可以将其分为α型、β型以及α+β型三大类。其中,工业纯钛(α型)、Ti-6Al-4V合金(α+β型)在牙科植入物方面已经有多年的应用。但是,由于这两种合金的弹性模量较高、耐磨性较差,并且Ti-6Al-4V合金在使用过程中释放的铝离子和钒离子会对人体造成伤害,因此,近年来科研工作者将生物医用钛合金的研究重点放在了开发新型β型生物医