生物医用β型Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金高温变形行为及组织性能研究

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1、硕士学位论文（工程硕士）生物医用β型Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金高温变形行为及组织性能研究HIGHTEMPERATUREDEFORMATIONBEHAVIORANDMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFBIOMEDICALBETATi-12Mo-3Nb-1.5CuALLOY彭超哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.2+3学校代码：10213国际图书分类号：620.18密级：公开工程硕士学位论文生物医用β型Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金高温变

2、形行为及组织性能研究硕士研究生：彭超导师：徐丽娟高级工程师申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2+3U.D.C:620.18DissertationfortheMasteralDegreeinEngineeringHIGHTEMPERATUREDEFORMATIONBEHAVIORANDMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFBIOMEDICALBETATi-

3、12Mo-3Nb-1.5CuALLOYCandidate：PengChaoSupervisor：Asso.Prof.XuLijuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：Harbin

4、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要钛合金因其综合的力学性能及良好的生物相容性，被广泛用于生物医用植入金属。但传统生物医用钛合金具有生物惰性，细菌容易在其表面附着，从而引起感染，因此制备具备抗菌性能的钛合金有着重要的研究价值。本文选用具有良好抗菌效果，较低生物毒性同时低成本的Cu元素，加入β型钛合金中，制备出Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金，研究其高温变形行为及热处理对合金板材组织性能的影响。铸态Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金的组织为单一的β

5、等轴晶粒组成，合金热压缩实验结果表明在变形温度为800℃~900℃，并且应变速率为0.01s-1~1s-1时，Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金的峰值流变应力受变形参数的影响较大，与变形温度呈负相关，与变形速率呈正相关。Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金的热激活能为259.280KJ/mol。而合金变形组织具有变形参数敏感性，合金的动态再结晶程度随着变形温度的升高而升高，变形速率的升高而降低。Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金不连续动态再结晶机制主要为位错亚晶界的积累使晶界的“弓弯”

6、挤出，从而形成新的再结晶晶粒并长大。对合金进行了多道次热变形模拟实验，实验结果表明，二道次变形时，合金中的动态再结晶进行得较为完全，继续增加变形道次后合金再结晶程度无明显增加。通过对单次变形及多道次热变形实验，确定了Ti-12Mo-3Nb-1.5Cu合金板材轧制的最优参数，并对合金板材的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明，轧制后合金板材组织为等轴亚稳β晶粒，并且晶粒内部存在大量的位错亚晶。而900℃单相区固溶后，组织为再结晶等轴β晶粒。原始板材和固溶处理后的拉伸力学性能表明，原始板材抗拉强度

7、和弹性模量较高但塑性变形能力较差；固溶处理后板材拉伸强度和弹性模量较低但延伸率可达达35.56%。拉伸断口则表明合金原始板材的的断裂机制为混合型断裂，断裂强度较高；而固溶处理后板材的断裂机制为韧性断裂，断口上存在大量韧窝，塑性较好但断裂强度较低。对合金热处理实验结果表明，合金在750℃两相区固溶处理后原始β相会析出点状和条状的初生α相，初生α相随固溶温度的升高至β单相区而消失。而500℃/8h时效处理后合金会析出针条状的次生α相。热处理后合金的显微硬度具有组织敏感性：固溶后的显微硬度随着温度的提

8、高呈先升高后降低，而时效后合金由于时效过程中析出细小针条状次生α相而使硬度进一步提高至-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文496.8HV。两相区固溶后，Cu元素在初生α和β相中的分布不均匀，其在初生α中含量较少，但在β相中含量较多且更均匀。而500℃时效处理后，合金中会发生共析反应：β→Ti2Cu+α(次生)，因此形成富铜Ti2Cu颗粒组织。关键词：β型医用钛合金；组织性能；热变形；动态再结晶；热处理-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThetitaniumalloysarew