新型生物医用近β型钛合金的组织及力学性能

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1、昆明理工大学硕士学位论文摘要由于应用面广、需求量大，用于人工骨、人工关节及人工种植牙等人体硬组织的替代材料，已成为各国开发研究的热点。作为替代材料的纯钛以及钛合金以其优秀的生物相容性、抗腐蚀性及与骨相近的弹性模量，在医学领域中获得了越来越广泛的应用，并带来了较大的社会效益和经济价值。论文根据生物医用钛合金开发的现状和存在的问题，研制出一种新型近B型钛合金Ti．29Nb．13Ta．4．6Zr，采用锻造(B相变点以上两个温区锻造)、固溶处理(B相变点以上40～50℃)、时效处理(350℃和450℃两种时效温度和多

2、种不同的时效时间)等对制备的材料进行后处理，研究Ti．29Nb．13Ta．4．6Zr合金铸态及处理后的力学性能(强度、塑性、弹性模量等)及其显微组织，初步探索了合金达到低模量化和高强韧性匹配的工艺及其影响规律，结果表明：合金在铸态时有少量的气孔与缩孔，通过锻造再固溶处理后的合金组织比较均匀，得到的是单一的亚稳B相，此时的合金强度和弹性模量均较低。再经两种温度的时效处理后，合金的强度和弹性模量均升高，丽塑性和韧性则有所降低。随者时效温度的升高，合金的拉伸强度降低，而延伸率则不断增加。合金强度变化的直接原因是弥散

3、相的数量、大小以及分布的不同。经时效处理后，在晶内与晶界析出n相，同时随着时效温度的升高，片状CI析出相增厚和加长，片与片之间的距离在加大。且随着时效温度的升高，o相弥散度降低。这些因素使得在低温(350℃)时的强化效果比较好。随着时效时间的增加，析出的强化相a将逐渐增多且逐渐长大。同时随着时效时间的延长，片状Ct析出相略有变细和加长，片与片之间的距离在减小，并主要分布在稳定平衡组织8相基体中，与平衡组织B相并存。随着时效时间的增加，350℃时效处理的时效材抗拉强度明显降低，延伸率也降低。而对于450℃时效材

4、，时效时间对合金力学性能的影响与时效温度的影响刚好相反，随着时效时间的延长，合金的强度增大，但延伸率下降。综合考虑医用钛合金的生物力学相客性要求，Ti一29Nb-13Ta-4．6Zr合昆明理工大学硕士学位论文摘要金选择在且相区850℃固溶(水淬)，并在450℃时效194．4ks可以获得最终力学性能：oo2=448MPa，ob=520MPa，6=3．1％，E=59GPa。关键词：医用钛合金Ti．29Nb．13Ta．4．6Zr强度弹性模量延伸率II昆明理工大学硕士学位论文AbstractAbstractThema

5、terials，usedforthereplacementofhardtissuessuchaSartifiCialbones，artificialjointsandartificialdentalimplantshavebecometheresearchhotspotinanycountrywithitswidelyapplicationandhugerequirement．Withtheexcellentbiocompatibility,corrosionresistanceandnear’boneela

6、sticmodulus，puretitaniumanditsalloysarebecomingmoreandmorewidelyusedinmedicalfieldsandcreatinghugesocialbenefitandeconomicvalue．AccordingtoexploitationstatusquoandexistingflawsoftitaniumalloySforsurgicalimplants，anewnearBtitaniumalloyTi一29Nb．13Ta一4．6Zrforsu

7、rgicalimplantsisdesignedandfabricated．ThemechanicalpropertiesandmicrostructureofTi一29Nb一13Ta一4．6Zralloyhavebeenstudiedsystematicallywithdifferentworkingprocesses(twoforgingtemperaturesabove8一phasetransitiontemperature)．solidsolutiontreatments(40～50℃aboveB—p

8、hasetransitiontemperature)，coolingrate(waterquenching)，agingtreatments(twoagingtemperaturesanddifferentagingtime)．TheprocessesresultingintheIowerelasticmodulus，highertensilestrength，toughnessandtheirin