摘要:通过冷坩埚悬浮感应熔炼、轧制和固溶热处理制备Ti-8Mo-2Zr、Ti-8Mo-4Nb-2Zr和Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta(原子分数/%)钛合金,研究了铌和钽元素的添加对合金显微组织、拉伸性能和变形机制的影响。结果表明:3种合金的组成相均为单一β相,β相晶粒尺寸随着铌、铌+钽元素的添加逐步减小;Ti-8Mo-2Zr合金的变形机制以应力诱发α″马氏体相变和{}孪生为主,而Ti8Mo-4Nb-2Zr和Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta合金的变形机制以位错滑移为主;变形机制的转变导致合金强度的提高和塑性的降低,铌和钽元素添加产生的细晶强化和固溶强化效应进一步提高了合金的强度,Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta合金的抗拉强度高达MPa。
关键词:β钛合金;变形机制;拉伸性能
中图分类号:TG.2文献标志码:A文章编号:-()01--05
0引言
由于具有低密度、高比强度、优异的耐腐蚀性能以及良好的生物相容性等优点,钛合金在航空、汽车和生物医疗等产业得到了广泛应用[1]。目前,典型的生物医用钛合金主要有TiNi、Ti-6Al-4V和Ti6Al-7Nb等[2-3]。然而,镍离子聚集在细胞中会阻碍细胞的新陈代谢,钒元素有潜在的细胞毒性,铝元素会引起贫血和神经紊乱等症状;这些元素的释放会损害人体的健康[4]。因此,对人体无毒无害的新型医用钛合金材料的开发日趋迫切。
近年来,利用铌、锆、钼和钽等对人体更加安全的元素替代镍、钒、铝等元素制备生物医用钛合金已经成为国内外的研究热点。上述元素大部分都是β相稳定元素,因此添加这些元素的β钛合金得到了快速发展,如Ti-15Mo、Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)和Ti-35Nb-7Zr-5Ta(TNZT)钛合金等[5-6]。与α钛合金和双相钛合金相比,β钛合金具有更低的弹性模量、更好的加工成形能力以及更优异的综合力学性能[7]。其中,TiMo基β钛合金由于钼元素具有较强的β相稳定作用和良好的生物安全性而得到了广泛
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