新型医用Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的热变形行为与变形机制研究

摘要

生物医用钛合金由于拥有良好的耐蚀性、生物相容性以及综合力学性能得到大量的应用，许多人工关节、齿根等硬组织植入以及修复材料都是通过钛合金来制造。研究 Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金的热变形行为和热加工组织演变，对于今后优化近β钛合金的热加工工艺以及调控其微观组织，具有非常重要的理论指导作用，并具有非常珍贵的实用价值。本文采用DIL805A/D多功能相比仪对真空熔炼Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金进行高温压缩实验、采用 Gleeble-1500D热模拟试验机对粉末冶金Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金进行高温压缩实验，构建了合金高温变形的本构关系方程，研究了该钛合金的热变形行为；以动态材料模型( DMM)为依据，得到了不同变形条件下的该钛合金热加工图，并分析该合金的显微组织，研究Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金显微组织演变规律与高温变形机制，以及不同粉末冶金制备参数对Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金热变形组织性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴真空熔炼和粉末冶金Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金在高温压缩时，随着温度的升高和应变速率的降低，其流变应力呈降低趋势，表现出典型动态再结晶特征。随应变的增加流变应力开始急速增大，然后随真应变增加，应力慢慢降低，直到趋于稳定状态。而且通过线性回归分析，分别计算该材料的热变形激活能，获得相应的热变形本构方程。⑵真空熔炼 Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金失稳变形区集中出现在低温、高应变速率区，且随应变增大失稳区范围也增大；其安全的热加工工艺参数范围是:变形温度为920℃~930℃，应变速率为0.01s-1~0.06s-1的区域和变形温度为990℃~1000℃，应变速率为0.01s-1~0.17s-1的区域。粉末冶金Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金热变形过程中，流变失稳区集中出现在高应变速率区。在低温高应变速率变形时，会出现最小的功率耗散率η，材料进入流动失稳区域，出现表面开裂。⑶粉末冶金Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金随应变速率的增加，片层α相由原来的平直并且较宽逐渐发生扭曲，动态再结晶程度加强，新形核数量众多且非常细小。随着变形温度的增加，动态再结晶程度加深，再结晶晶粒及片状α相逐渐长大。⑷不同粉末冶金制备参数下的Ti-14Mo-2.1Ta-0.9Nb-7Zr合金，其流变应力随着保温时间和压制压力的升高而降低。变形前随着保温时间和制备压力的增加，合金的孔隙率降低、片层α长大，随着保温时间增加单质β相及孔隙长大；变形后组织沿压缩垂直方向呈短棒状、纤维状，单质β相变长，且随着保温时间和制备压力的增加，变形后组织越细，单质β相更长。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 生物医用材料

1.3 生物医用钛及钛合金

1.4 钛合金的制备方法

1.5 钛合金的热变形工艺研究

1.6 本文的研究目的和内容

第二章 实验材料及实验方法

2.1 实验材料及设备

2.2 制备方法

2.3 分析检测方法

2.4 实验流程

第三章 真空熔炼Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的热变形行为及加工图的研究

3.1 引言

3.2 试验过程

3 . 3 真空熔炼Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的高温流变行为

3 . 4 真空熔炼Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的加工图

3.5 本章小结

第四章 粉末冶金Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的热变形行为及加工图的研究

4.1 引言

4.2 试验过程

4 . 3 粉末冶金Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的高温流变行为

4 . 4 粉末冶金Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金的加工图

4 . 5 粉末冶金Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金显微组织的演变

4.6 开裂分析

4.7 本章小结

第五章 粉末冶金工艺参数对新型医用Ti-Mo-Ta-Nb-Zr合金热变形行为的影响

5.1 引言

5.2 试验过程

5.3 不同粉末冶金制备工艺参数下的真应力真应变曲线

5.4 粉末冶金制备工艺参数对热变形显微组织的影响

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录：发表论文及参加课题

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