热处理温度对生物医用Ti 87 Nb 8 Sn 5 合金微观组织和力学性能影响
发布时间：2021-11-23 04:04
采用X射线衍射仪、光学显微镜、万能试验机、显微硬度计以及纳米压痕仪等研究了不同热处理温度下Ti87Nb8Sn5合金的显微组织和力学性能。结果表明:铸态和在773 K热处理下合金的组织是由大量α-Ti相和少量的第二相Ti3Sn相所组成,在873 K和973 K热处理下合金的组织是由大量的α-Ti和少量β-Ti相所组成。室温铸态试样以及在773 K热处理试样的应力-应变曲线呈现出超弹性;而在873 K和973 K热处理的合金具有高的屈服强度,大的塑性形变以及大的弹性能。在873 K和973 K热处理下合金的约化弹性模量（Er）值分别为43.3 GPa和36.2 GPa,接近人骨的弹性模量值（10～30 GPa）。另外,在873 K和973 K热处理下合金具有大的H/Er和H3/E■值,说明了该热处理条件下合金分别具有高的耐磨抗力和高的耐磨性。
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同热处理温度Ti87Nb8Sn5合金的加载(P)-位
在图3(a)中,由应力-应变曲线计算的力学数据列于表1中。铸态合金和在773 K热处理合金的弹性极限主要为残留奥氏体的弹性极限,其值分别为346 MPa和259 MPa。在873 K和973 K热处理合金,弹性极限分别为774 MPa和553 MPa,明显大于铸态试样和在773 K热处理合金的弹性极限。在报导的文献中,α-Ti相的弹性强度高于β-Ti相的弹性强度[20],所以导致在873 K和973 K热处理试样的弹性极限高于α-Ti相发生的弹性形变。另外,在873 K和973 K热处理合金的屈服强度分别为890 MPa和649 MPa,分别大于铸态合金和在773 K热处理合金的屈服强度,如图3(b)所示。事实上,在表1中,铸态合金和在773 K热处理合金的屈服强度是一次屈服,也就是残留奥氏体的屈服强度。铸态合金的最大抗压强度为1110 MPa,分别小于在873 K和973 K热处理合金的最大抗压强度。973 K热处理合金在塑性形变为26.1%的条件下并没有压断,合金呈现出优异的塑性性能,且在室温条件下具有形变强化现象。虽然,在873 K热处理合金在室温条件下具有最大的屈服强度,而合金却具有较小的塑性形变(17.1%),但却大于铸态合金的塑性应变(14.95%)。所以,合金在较高温度下进行热处理,合金的强度和塑性形变均得到了提高,尤其是获得了优异塑性性能的具有加工硬化现象的合金(973 K)。在应力-应变曲线的弹性阶段,可以进行弹性模量(E)的计算。铸态合金以及在773 K热处理合金的弹性模量是残留奥氏体的弹性模量,其值分别为14.95 GPa和8.12 GPa,明显的小于在873 K和973 K热处理合金的弹性模量值,其值分别为38.3 GPa和32.5 GPa,如表1所示。事实上,对于在873 K和973 K热处理合金,一定量的α-Ti相和稳定的β-Ti相相组合,合金的弹性模量较大。表1 Ti87Nb8Sn5生物医用合金的力学数据Table 1 Mechanical properties of the Ti87Nb8Sn5 alloy at different heat-treatment temperatures Temperature/K σe/MPa Rp0.2/MPa εp/% E/GPa We ×106/(J·m-3) Vα-Ti/vol% Vβ-Ti/vol% VTi3Sn/vol% 293 346 440 14.95 26.8 - 79.6 - 20.4 773 259 338 8.12 20.7 - 80.7 - 19.3 873 774 890 17.1 38.3 7.99 73.2 26.8 - 973 553 649 >26.1 32.5 4.83 68.6 31.4 -
式中:Vi是第i个相的近似体积分数。计算的β-Ti 相,α-Ti和Ti3Sn相近似体积分数列于表1中。对于铸态样品,α-Ti相体积分数为79.6%,而含Ti3Sn相的体积分数为20.4%。当样品在773 K下进行热处理,合金α-Ti体积分数增加到80.7%,而Ti3Sn相含量也相应的减少到19.3%。当在热处理温度为873 K时,Ti3Sn相消失,而α-Ti相向β-Ti相转变,β-Ti相体积分数为26.8%,相应的α-Ti相体积分数减少。当热处理温度为973 K时,β-Ti相含量进一步增加,体积分数为31.4%,α-Ti相减少到最小值(68.6%)。因此,随着热处理温度上升时,β-Ti相含量增加,而Ti3Sn相却消失。2.2 显微组织分析
本文编号：3513089
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
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不同热处理温度Ti87Nb8Sn5合金的加载(P)-位
在图3(a)中,由应力-应变曲线计算的力学数据列于表1中。铸态合金和在773 K热处理合金的弹性极限主要为残留奥氏体的弹性极限,其值分别为346 MPa和259 MPa。在873 K和973 K热处理合金,弹性极限分别为774 MPa和553 MPa,明显大于铸态试样和在773 K热处理合金的弹性极限。在报导的文献中,α-Ti相的弹性强度高于β-Ti相的弹性强度[20],所以导致在873 K和973 K热处理试样的弹性极限高于α-Ti相发生的弹性形变。另外,在873 K和973 K热处理合金的屈服强度分别为890 MPa和649 MPa,分别大于铸态合金和在773 K热处理合金的屈服强度,如图3(b)所示。事实上,在表1中,铸态合金和在773 K热处理合金的屈服强度是一次屈服,也就是残留奥氏体的屈服强度。铸态合金的最大抗压强度为1110 MPa,分别小于在873 K和973 K热处理合金的最大抗压强度。973 K热处理合金在塑性形变为26.1%的条件下并没有压断,合金呈现出优异的塑性性能,且在室温条件下具有形变强化现象。虽然,在873 K热处理合金在室温条件下具有最大的屈服强度,而合金却具有较小的塑性形变(17.1%),但却大于铸态合金的塑性应变(14.95%)。所以,合金在较高温度下进行热处理,合金的强度和塑性形变均得到了提高,尤其是获得了优异塑性性能的具有加工硬化现象的合金(973 K)。在应力-应变曲线的弹性阶段,可以进行弹性模量(E)的计算。铸态合金以及在773 K热处理合金的弹性模量是残留奥氏体的弹性模量,其值分别为14.95 GPa和8.12 GPa,明显的小于在873 K和973 K热处理合金的弹性模量值,其值分别为38.3 GPa和32.5 GPa,如表1所示。事实上,对于在873 K和973 K热处理合金,一定量的α-Ti相和稳定的β-Ti相相组合,合金的弹性模量较大。表1 Ti87Nb8Sn5生物医用合金的力学数据Table 1 Mechanical properties of the Ti87Nb8Sn5 alloy at different heat-treatment temperatures Temperature/K σe/MPa Rp0.2/MPa εp/% E/GPa We ×106/(J·m-3) Vα-Ti/vol% Vβ-Ti/vol% VTi3Sn/vol% 293 346 440 14.95 26.8 - 79.6 - 20.4 773 259 338 8.12 20.7 - 80.7 - 19.3 873 774 890 17.1 38.3 7.99 73.2 26.8 - 973 553 649 >26.1 32.5 4.83 68.6 31.4 -
式中:Vi是第i个相的近似体积分数。计算的β-Ti 相,α-Ti和Ti3Sn相近似体积分数列于表1中。对于铸态样品,α-Ti相体积分数为79.6%,而含Ti3Sn相的体积分数为20.4%。当样品在773 K下进行热处理,合金α-Ti体积分数增加到80.7%,而Ti3Sn相含量也相应的减少到19.3%。当在热处理温度为873 K时,Ti3Sn相消失,而α-Ti相向β-Ti相转变,β-Ti相体积分数为26.8%,相应的α-Ti相体积分数减少。当热处理温度为973 K时,β-Ti相含量进一步增加,体积分数为31.4%,α-Ti相减少到最小值(68.6%)。因此,随着热处理温度上升时,β-Ti相含量增加,而Ti3Sn相却消失。2.2 显微组织分析
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