Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金超細(xì)晶化加工及其顯微組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、近年來金屬超細(xì)晶材料以高強(qiáng)度、高硬度、低溫超塑性、耐磨性、高疲勞強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)成為科研工作者競相研究的熱點(diǎn)。強(qiáng)塑性變形法制備超細(xì)晶金屬材料具有強(qiáng)細(xì)化晶粒尺寸效應(yīng)、不會(huì)引入微孔及雜質(zhì)、可制備大尺寸塊體超細(xì)晶材料等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。在強(qiáng)塑性變形法中，等徑角擠壓法(ECAP)、累積軋制-復(fù)合法（ARB）、高壓扭轉(zhuǎn)法(HTP)、多次鍛壓法(MF)、循環(huán)擠壓-墩粗法(CEC)、反復(fù)折皺-壓直法(RCS)等方法被廣泛研究。
　　Ti-3Z

2、r-2Sn-3Mo-25Nb（簡稱TLM）鈦合金是由西北有色金屬研究院自主研發(fā)的一種不合毒性元素、綜合力學(xué)性能優(yōu)良的新型介穩(wěn)定β型醫(yī)用鈦合金。具有低密度、高屈服強(qiáng)度、低彈性模量、耐腐蝕、易加工成型、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在牙種植體、骨和關(guān)節(jié)的替代材料、血管支架等生物醫(yī)用方面具有良好的應(yīng)用前景。為進(jìn)一步對(duì)該合金進(jìn)行優(yōu)化改性加工，完善其在強(qiáng)度、彈性模量、耐磨性、疲勞強(qiáng)度等方面的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用，本文運(yùn)用強(qiáng)塑性變形方法中，一種改進(jìn)過的累積軋制-復(fù)合

3、法制備TLM鈦合金超細(xì)晶薄帶材。
　　運(yùn)用OM、SEM、TEM、XRD等檢測(cè)手段對(duì)超細(xì)晶薄帶材內(nèi)部組織演化規(guī)律進(jìn)行觀察分析，運(yùn)用拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的強(qiáng)度、塑性、彈性模量，并分析其顯微組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。得結(jié)論如下:
　　運(yùn)用改進(jìn)的累積-軋制復(fù)合工藝，使用普通軋機(jī)，制備了TLM鈦合金超細(xì)晶薄帶材。金相組織分析可知，除2層復(fù)合薄帶材外，4層、8層、16層薄帶材復(fù)合界面沒有明顯界限，復(fù)合良好，結(jié)合強(qiáng)度接近基體強(qiáng)度。在掃描電鏡

4、下進(jìn)一步觀察復(fù)合界面，分析認(rèn)為復(fù)合機(jī)理為“表面層裂縫”機(jī)理。
　　透射電鏡組織表明，2層超細(xì)晶薄帶材的晶粒尺寸約150-200nm，晶粒內(nèi)部由亞晶、高密度位錯(cuò)和小角度晶界構(gòu)成;4層薄帶材晶粒尺寸在150nm附近，均勻的超細(xì)晶組織所占比例上升，界面角為小角度;8層薄帶材晶粒尺寸細(xì)化至80-90nm，位錯(cuò)墻細(xì)化為亞晶界，材料內(nèi)部出現(xiàn)由大角度晶界所包圍的大范圍超細(xì)晶組織;16層超細(xì)晶薄帶材進(jìn)一步被細(xì)化，超細(xì)晶由大角度晶界包圍。
　

5、　TLM鈦合金超細(xì)晶薄帶材的力學(xué)性能具有如下規(guī)律:(a)強(qiáng)度:隨著累積應(yīng)變量增加，復(fù)合層數(shù)增多，超細(xì)晶薄帶材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸增加，8層復(fù)合薄帶材強(qiáng)度為1200MPa，比0.2mm厚冷軋態(tài)薄帶材提高49％。(b)延伸率:隨著累積應(yīng)變量的增大，復(fù)合層數(shù)的增多，材料的延伸率逐步增加。8層超細(xì)晶復(fù)合薄帶材延伸率為5％，是冷軋態(tài)薄帶材的4.3倍。
　　運(yùn)用改進(jìn)的累積軋制-復(fù)合法加工TLM鈦合金薄帶材，使薄帶材的力學(xué)性能得到改進(jìn)。強(qiáng)度