新型生物医用钛合金组织和性能的研究

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1、隶劫大◆粤硕士学位论文新型生物医用钛合金的组织与性能研究Research。nMicr。structuresa竺黜MechanicalPropertiesofNewTypeBiomedicalTitaniumAlloyAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangYuSupervisedbyProf．ChenFengSchoolofMaterialsScienceandEngineeringSoutheastUnive

2、rsityMarch2013摘要东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究：[作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证二忙而使用过的材料。与我一同：]二作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：k丝兰：2东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图二15馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、

3、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。～虢五厕撇研眺—哟摘要新型生物医用钛合金的组织与性能研究钛及其合金具有良好的生物相容性和力学性能，J1‘泛用作生物植入体材料，但仍存在弹性模量高，含有毒元素A1和v等不足。当今，设计和开发具有更低弹性模量的D钛合金成为医用钛合金材料开发的重点。本文依据钛合金相关设计理论以及JmatPro

4、软件设计了Ti35Nb2Sn6zr31Mo与Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金，系统研究了固溶时效：r艺对Ti35Nb2Sn6zI．3Mo与Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金板材组织与性能的影响；同时研究了冷轧及热处理：I一：艺对Ti30Nb5Ta6Zr与Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金棒材组织与性能的影响。根据相关钛合金设计理论所设计的Ti35Nb．Sn．Zr-Mo合金，800。C固溶处理后的组织均为单一p等轴品；平均晶粒尺寸随着Sn与Zr含量的增加而减小，随着Mo含量的增加先减小后增大；随着Sn、Zr、Mo合金元素含量的增加

5、，合金的强度升高而塑性下降；弹性模量随着Sn和Mo含量的增加而升高，随着zr含量的增加先下降后升高。同溶处理后具有最高容许应变的合金为Ti35Nb2Sn6Zr3Mo。依据d电子合金设计理论和价电子浓度理论，设计了低弹高强Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金，其M—d．2．45ev，e／a=4．24，百器2．869。基于JmatPro材料性能模拟软件，建立了Ti．Nb基合金同溶强度的预测公式。实验表明设计合金的抗拉强度与预测值良好吻合(误差<4％)，弹性模量随着百鬲值的增加而降低，Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金同溶处理后的弹性模量仅

6、为54GPa。Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金在低温时效时析出CO相；随时效温度升高，析出相由∞逐步转变为伍并发生粗化，使合金强度降低，但塑性得到改善。合金在450。C时效，随着时效时间的延长，12h内a相数量增加，弥散强化效应显著；15h时cL相显著粗化，合金强度下降；在400。C时效，随着时效时间的延长，点状Ⅱ相逐渐增多，而后转变为针状u相，合金强度先升高后降低。Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金经不同二级时效温度时效处理后，相对丁一级时效，由于a相聚集长火，强度小幅降低，塑性有所改善。对于Ti35Nb2Sn6Zr3Mo合金，

7、该合金具有较强的p稳定性，导致合金在时效的过程中Q相的析出量较少，合金的强化效果有限。对于Ti30Nb5Ta6Zr合金棒材而言，当形变率为23％及66％时，形变机制主要为形变孪品以及位错滑移并伴随着应力诱发马氏体，其孪品类型分别为(112)<111>并11(332)<113>；当形变率为85％时，其形变机制为位错滑移(主导)及戍力诱发马氏体。随着冷轧形变率的增加，Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金棒材纵截面组织由等轴状逐渐转变为纤维状，合金冷轧变形85％后仍为单一B相组织。Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合金冷轧棒材在450．650℃

8、退火后有Ⅱ相析出；当退火温度高于600℃，冷轧棒材发生回复再结晶；随着退火温度的升高，品粒长人，强度和弹性模量有所下降。通过控制经高温退火处理后的Ti30Nb5Ta6Zr与Ti35Nb3．7Zrl．3Mo合