氧含量對Ti-Nb-Ta-Zr合金組織與力學(xué)性能的影響.pdf

1、β鈦合金所具有的低模量，高強(qiáng)度，優(yōu)良的耐腐蝕性能，以及良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，使其在身體植入等醫(yī)用材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來，日本豐田中央研究院通過在β鈦合金中添加少量的氧(>0.7at％)，制得了一種多功能新型β鈦合金-橡膠合金(Gum Metal)。除具備高強(qiáng)度與低彈性模量外，合金具有優(yōu)異的冷加工性能，冷加工后沒有明顯的加工硬化現(xiàn)象。Saito等研究了Gum Metal合金的冷變形特點(diǎn)，提出了橡膠合金具有非位錯型塑性變形機(jī)制

2、的假說，試圖解釋橡膠合金的優(yōu)異性能。但是由于在橡膠合金中觀察到了傳統(tǒng)的位錯變形機(jī)制，這種理論受到了挑戰(zhàn)。相較于普通合金而言，橡膠合金具有較高的氧含量，且隨著氧含量的增加，合金的性能發(fā)生了明顯的改變。因此，氧元素對β鈦合金的可能產(chǎn)生的影響逐漸引起了研究者的關(guān)注。
　　本文利用真空自耗電弧爐熔煉工藝制備了化學(xué)成分均勻的Ti-22.5Nb-0.7Ta-2Zr(at.%)合金，然后通過添加 TiO2控制氧含量(0.5-2.5%)，研究了氧

3、含量對Ti-22.5Nb-0.7Ta-2Zr合金的組織與力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)氧含量低于2.0%時，隨著氧含量的增加，合金組織獲得細(xì)化；隨著氧含量的增加，合金的極限抗拉強(qiáng)度增加，塑性下降。氧含量低于1.5%時，含氧合金的彈性模量保持在一個相對較低的水平(<65GPa)，高于該氧含量，彈性模量急劇增加。需要指出的是，Ti-22.5Nb-0.7Zr-2Ta-1O合金具有和Ti-22.5Nb-0.7Zr-2Ta合金幾乎相同的高延伸率(1

4、7.8%)，以及更高的抗拉強(qiáng)度(750MPa)和較低的彈性模量(<65GPa)，同時保持原始合金的韌性斷裂方式和超彈性特征，說明通過摩爾分?jǐn)?shù)1.0%氧元素的添加，可以改善合金的組織與綜合力學(xué)性能。
　　為了進(jìn)一步改善合金的性能，通過固溶+時效的熱處理方式，并改變時效溫度，對Ti-22.5Nb-0.7Zr-2Ta-1O合金進(jìn)行熱處理。結(jié)果表明：在450℃時效處理可以獲得最為優(yōu)化的組織，良好的綜合力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度821.55 MPa