复合轧制工艺对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn显微组织和超弹性能的影响

发布时间：2017-10-26 16:20

  本文关键词：复合轧制工艺对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn显微组织和超弹性能的影响

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【摘要】：新型β钛基形状记忆合金因具有低的弹性模量、优良的生物相容性、良好的耐腐蚀性等优异性能,在生物移植材料领域具有广阔的应用前景。但与传统NiTi形状记忆合金合金相比,β钛合金其马氏体相变临界应力较低、超弹性回复应变较小以及稳定性较差,这些问题制约了该合金在实际工程中的应用。细化晶粒是一种提高β钛基形状记忆合金综合力学性能的有效途径。因此,本论文以Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn钛基形状记忆合金为研究对象,采用复合轧制(Accumulative Roll-Bonding,ARB)工艺,对该合金进行大变形,并通过退火再结晶的方法细化合金显微组织。研究了复合轧制与后续热处理工艺对合金显微组织与力学性能,尤其是超弹性能的影响及其机理。论文取得的结果如下:1.采用真空电弧熔炼炉,制备出了Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn钛基形状记忆合金,对该合金进行室温轧制,研究了轧制变形量对合金再结晶温度和后续退火热处理过程中显微组织的影响。研究结果表明,当变形量为50%时,其再结晶温度在740℃左右,且再结晶温度随变形量的增大而降低。轧制变形量为87%的合金在800℃退火5 min后,显微组织发生完全再结晶,其晶粒度大小得到明显细化,晶粒度大小为50μm,其相组成主要为β相。2.通过采用复合轧制(Accumulative Roll-Bonding,ARB)工艺,对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn在室温下进行了轧制,并对轧制后的试样在700℃下,进行了快速热处理(保温5 min),利用光学显微镜镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫面电镜(SEM)对合金轧制热处理前后合金组织与成分进行分析,并用电子万能试验机对轧制试样的力学性能和超弹性能进行测试。结果表明,复合轧制工艺能有效细化合金晶粒,经过轧制8道次,700℃/5 min快速热处理可得到全β相合金组织,其晶粒尺寸1μm,该合金的超弹性能得到了改善,在预变形为6%时,其回复变形为5.94%,回复率为99%,并表现出稳定的超弹性。3.系统研究了退火温度和时间对复合轧制8道次后Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金超弹性的影响。结果表明,热处理温度和时间对合金超弹性有显著影响,700℃退火5 min有助于提高复合轧制8道次的Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金的超弹性,回复率最高,达到86%。
【关键词】：钛基形状记忆合金 超弹性 复合轧制 微观组织 热处理
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG339;TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 医用β钛合金9-11
• 1.3 医用β钛合金的形状记忆性能和超弹性11-13
• 1.4 医用β钛合金超弹性性能的影响因素13-16
• 1.4.1 β钛合金合金化元素13-14
• 1.4.2 热处理14
• 1.4.3 晶粒尺寸14-16
• 1.5 晶粒细化方法16-20
• 1.5.1 化学细化法16
• 1.5.2 快速冷却法16
• 1.5.3 大变形处理细化法16-20
• 1.6 选题意义及研究内容20-22
• 1.6.1 选题意义20-21
• 1.6.2 研究内容21-22
• 第2章 轧制变形量对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn钛合金显微组织的影响22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 实验材料与方法22-25
• 2.2.1 合金熔炼22-23
• 2.2.2 轧制实验23-24
• 2.2.3 X射线衍射分析24
• 2.2.4 显微硬度实验24-25
• 2.2.5 合金组织观察25
• 2.3 实验结果与讨论25-31
• 2.3.1 不同变形量对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金再结晶温度的影响25-29
• 2.3.2 轧制变形量对Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金退火组织的影响29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 复合轧制工艺Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn显微组织和超弹性能的影响32-44
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验材料及方法33-35
• 3.2.1 试样制备33-34
• 3.2.2 力学性能及超弹性能检测34-35
• 3.2.3 显微组织观测35
• 3.3 实验结果与分析35-43
• 3.3.1 复合轧制对相组成和显微组织的影响35-38
• 3.3.2 复合轧制对力学性能和超弹性的影响38-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 热处理对复合轧制后βTi-7.5Nb-4Mo-2Sn合金显微组织和超弹性能的影响44-51
• 4.1 引言44
• 4.2 实验材料与方法44-45
• 4.3 实验结果与分析45-50
• 4.3.1 加热温度和时间对β-Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金显微组织的影响45-47
• 4.3.2 加热温度和时间对β-Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金超弹性能的影响47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51-52
• 5.2 展望52-53
• 参考文献53-59
• 致谢59-60
• 硕士期间科研成果60

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本文编号：1099473