二元Ti-Nbβ鈦合金的塑性變形機(jī)制.pdf

1、Ti-Nb系β鈦合金具有良好的生物相容性、低彈性模量、高強(qiáng)度、良好耐磨性和耐腐蝕性等，可作為人體植入物，是最理想的醫(yī)用鈦合金之一。研究二元βTi-Nb合金的變形機(jī)制，有助于理解多元β Ti-Nb合金的塑性變形行為和設(shè)計(jì)力學(xué)性能優(yōu)良的β Ti-Nb合金。另外，β鈦合金中孿晶、ω相和α"相都存在多種等效位向的變體，這使得電子衍射分析變得復(fù)雜和困難。本文首先通過分析β鈦合金中各相位向關(guān)系并模擬各種復(fù)合衍射花樣，以有效分析實(shí)際的復(fù)雜衍射花樣；用

2、透射電子顯微技術(shù)系統(tǒng)研究了成分分別為Ti-40Nb、Ti-50Nb、Ti-65Nb、Ti-85Nb（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的β鈦合金的相穩(wěn)定性、塑性變形機(jī)制，并探討相穩(wěn)定性對(duì)塑性變形機(jī)制的影響。得到以下主要結(jié)論：
　　1、基體β相中存在4種位向的{112}<111>孿晶（即4個(gè)變體）、4個(gè)ω相變體及6個(gè)α"相變體，每個(gè)位向的{112}<111>孿晶或ω相有3個(gè)可能的共<111>軸的{112}慣習(xí)面。衍射花樣模擬結(jié)果表明，分別在基體[011]、

3、[012]和[1-13]三個(gè)晶帶軸下：4個(gè)位向的{112}<111>孿晶中都只有2個(gè)同時(shí)出現(xiàn)與基體花樣呈孿晶對(duì)稱關(guān)系的衍射花樣；4個(gè)ω變體中均只有2個(gè)同時(shí)出現(xiàn)可反映位向關(guān)系的衍射花樣；ω相的衍射規(guī)律與{112}<111>孿晶完全相同，即當(dāng)入射電子束與任意一個(gè)可能的慣習(xí)面平行，特征斑點(diǎn)就會(huì)顯現(xiàn)。在基體[100]、[011]、[1-13]三個(gè)晶帶軸下，6個(gè)α"變體中分別只有2個(gè)、1個(gè)、3個(gè)同時(shí)出現(xiàn)特征斑點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中拍到的ω、α"電子衍射花樣比

4、模擬花樣斑點(diǎn)更多，說明發(fā)生了二次衍射。
　　2、透射電鏡分析可知，Ti-40Nb塑性變形時(shí)發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)α"相變和位錯(cuò)滑移，Ti-50Nb塑性變形時(shí)主要發(fā)生{112}<111>孿生和應(yīng)力誘發(fā)ω相變，不僅可以產(chǎn)生單方向的孿晶和ω板條，還能產(chǎn)生V形ω、Z形孿晶-ω板條，Ti-65Nb中主要發(fā)生位錯(cuò)滑移，有極少量的應(yīng)力誘發(fā)ω相變，Ti-85Nb塑性變形時(shí)只有位錯(cuò)滑移。非熱ω相的相對(duì)衍射強(qiáng)度變化表明，Ti-Nb合金中β相穩(wěn)定性隨著Nb含量增

5、加而升高。因此：當(dāng)β相穩(wěn)定性較低時(shí)，βTi-Nb合金塑性變形時(shí)容易發(fā)生α"馬氏體相變；當(dāng)β相穩(wěn)定性適中時(shí)，容易發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)ω相變和{112}<111>孿生；當(dāng)β相穩(wěn)定性進(jìn)一步升高時(shí)，塑性變形只能通過位錯(cuò)滑移進(jìn)行。
　　3、Ti-50Nb中的Z形組織中，一個(gè)方向板條全是{112}<111>孿晶另一個(gè)方向板條全是ω相，慣習(xí)面分別為(1-21)和(11-2)，該特殊結(jié)構(gòu)的形成過程如下：首先，(1-21)面上一個(gè)1/2[111]螺位錯(cuò)可以

6、分解為3個(gè)1/6[111]不全位錯(cuò)，1/6[111]位錯(cuò)在連續(xù)的(1-21)面上滑移，形成(1-21)[111]孿晶。當(dāng)1/6[111]不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到(0-11)面時(shí)被阻礙，應(yīng)力上升迫使擴(kuò)展位錯(cuò)收縮成新的1/2[111]螺位錯(cuò)并交滑移到(11-2)面。1/2[111]螺位錯(cuò)分解為1/12[111]、1/3[111]和1/12[111]不全位錯(cuò)并分別在連續(xù)的(11-2)面上滑移，形成了ω相。由此交替反復(fù)，便形成了規(guī)則排布的Z形孿晶-ω板條