收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

时效及ECAP处理无镍Ti基记忆合金相变与力学行为研究

宋杰  
【摘要】:近等原子比Ni-Ti记忆合金由于具有较低的弹性模量,良好的形状记忆效应、超弹性性能,作为生物医用材料已经得到了广泛应用。但Ni-Ti合金中Ni含量高达50at.%,在人体体液环境作用下,Ni原子可能游离出来,对人体健康产生危害。为消除Ni元素可能产生的危害,研制开发无镍Ti基记忆合金已成为当前生物医用材料研究的一个热点,其中,Ti-Mo基、Ti-Nb基记忆合金是Ti基记忆合金研制的两个主要合金系列。 Ti-xMo-4Nb-2V-3Al(x=7.6~11mass%)合金为美国Memry公司研制开发的新型生物医用钛合金,该系列Ti-Mo基合金具有较低的弹性模量,较高的屈服强度,且Mo元素含量约为10mass%的合金固溶处理后呈现出良好的超弹性。本论文研究了时效处理对Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金组织、变形行为和超弹性的影响规律;对Ti-9.5Mo-4Nb-2V-3Al合金的形状记忆效应进行了分析研究;借助等径弯角挤压(ECAP)技术对Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金和Ti-25at.%Nb合金进行超细晶及时效处理,研究了超细晶Ti基记忆合金的超弹性行为。 组织分析表明,Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金固溶后淬火得到β+ω_(ath)两相组织,ωath呈细片层状。经300℃时效30分钟,合金基体上析出弥散椭球状ωiso相,尺寸约10nm。400℃时效30分钟后析出长度约为100nm针状相及椭球状尺寸为20nm的ω_(iso)相。500℃时效30分钟后,大量析出的相均匀弥散分布。600℃时效30分钟相以晶界析出为主,晶粒内有少量相析出,700℃时效30分钟后,相析出数量进一步减少,晶粒内部几乎未有相。 拉伸试验表明,Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金变形行为可分为三种类型:固溶态及350℃,400℃,450℃时效30分钟的合金属于第Ⅰ类型,其应力-应变曲线呈现较明显加工硬化;250℃、300℃及500℃时效后试样属于第Ⅱ类型,材料屈服后出现平缓应力平台,加工硬化不明显;600℃、700℃时效后的试样属于第Ⅲ类型,其应力-应变曲线表现为双屈服现象,第一屈服强度较低,屈服后加工硬化明显。固溶处理后Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金呈现出较好的超弹性行为,拉伸4%应变后卸载,恢复应变为2.8%,残余应变为1.2%。经400℃时效处理30分钟后,超弹性进一步提高,恢复应变达3.2%,残余应变为0.8%。300℃或500℃时效处理后,超弹性性能完全消失。Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金在600℃、700℃时效30分钟,再次表现出良好的超弹性行为,恢复应变达3.3%。由于非热ωath相对基体的强化作用,固溶处理后合金具有较高的屈服强度,弥散均匀分布于基体上的相可极大提高材料的强度。 Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金马氏体转变温度Ms为-56℃。升温过程中,当温度不高于250℃时,由于ωath相不断溶解,合金的电阻随温度升高而降低。温度范围为250~380℃时,由于不断析出等温ωiso相,电阻随温度升高而增加。温度范围为380~450℃时,ωiso相作为β→α转变的中间过渡相而不断溶解,电阻随温度升高下降。温度范围为450~600℃时,α相从β相析出,电阻随温度升高而增加。温度范围为600~850℃时,发生α→β转变,α相不断溶解到基体中,温度升高到850℃时,α相全部转变为β相。 本研究采用冷坩埚悬浮熔炼炉制备的Ti-9.5Mo-4Nb-2V-3Al(mass%)合金具有良好的形状记忆效应,合金固溶后水冷得到β+ω_(ath)+α"三相组织。拉伸过程中,合金表现出双屈服现象,第一屈服阶段伴随应力诱发马氏体相α"转变(β→α")。变形后的材料经223℃保温5分钟处理,呈现形状记忆效应,呈现完全形状记忆的最大应变量为2.2%。DSC和电阻试验表明,Ti-9.5Mo-4Nb-2V-3Al合金形状记忆的机理在于应力诱发的马氏体α"在加热时逆转变为母相β,其转变温度为92℃。Ti-9.5Mo-4Nb-2V-3Al合金经300~400℃时效30~60分钟后,表现出一定的超弹性。300℃时效60分钟后,合金拉伸4%后卸载,可恢复应变为3.2%,而300℃时效120分钟后,超弹性丧失。 ECAP处理Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金研究表明,经过400℃处理1道次,得到长条状晶粒,材料强度明显提高。ECAP处理1道次后,合金屈服强度为1296MPa,抗拉强度为1355MPa,模量提高到88.9GPa。处理2道次后,屈服强度高达1500MPa,模量提高到104.9GPa,但塑性急剧下降。700℃快速退火10s,可明显降低ECAP处理后Ti-9.8Mo-3.9Nb-2V-3.1Al合金的模量,此时模量为63GPa。300℃处理1道次得到更为细长的晶粒,屈服强度为1265MPa,极限抗拉强度为1310MPa。经400℃ECAP处理2道次后,材料表面出现明显开裂。 ECAP处理Ti-25at.%Nb合金研究表明,在550℃ECAP处理4道次后,晶粒明显拉长,难以得到细小的等轴晶。400℃进行ECAP处理,晶粒细化明显,其中,处理2道次后,得到的微观组织以拉长晶粒为主,局部区域开始出现尺寸约为500nm的等轴超细晶。4道次ECAP处理后,可以得到等轴细化的超细晶组织,晶粒尺寸在300nm左右。400℃ECAP处理后Ti-25at.%Nb合金的强度、超弹性性能得到提高。ECAP+时效处理可以进一步提高强度和超弹性性能,其中,2道次和4道次处理后时效,合金的完全超弹性应变为1.5%,小应变(1.5%)时超弹性性能稳定。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王效岗,赵西成;碳钢的ECAP组织细化[J];太原重型机械学院学报;2004年04期
2 郑立静,陈昌麒,周铁涛,刘培英,曾梅光;ECAP细晶机制及对纯铝显微组织和力学性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2004年12期
3 张郑,杜忠泽,王经涛,赵西成;7475铝合金ECAP变形及组织热稳定性[J];有色金属;2004年02期
4 祝汉良,郭景杰,贾均,李沛勇;Ti细化A357铝合金中的析出相[J];金属学报;2000年01期
5 马润香;刘怀喜;王杰芳;谢敬佩;;钛含量对6063合金的时效特性及强化相的影响[J];热加工工艺(热处理版);2006年03期
6 罗会秋;从钽铌冶炼废水中回收钛的工艺研究[J];稀有金属与硬质合金;1997年04期
7 张郑,王经涛,赵西成;7475铝合金ECAP变形后的组织和性能[J];轻合金加工技术;2004年10期
8 管秀荣;刘恩泽;刘峰;郑志;佟健;翟玉春;;Ti对镍基高温合金时效组织中γ′的影响[J];有色矿冶;2010年06期
9 宋闯;湘钢转炉控制系统[J];湖南冶金;2002年02期
10 张郑,万宏,黄俊霞;65Mn钢的等通道转角挤压变形[J];热加工工艺;2004年11期
11 张郑,赵西成,黄俊霞;65Mn钢的ECAP变形研究[J];西安建筑科技大学学报(自然科学版);2004年04期
12 李湘祁,汤德平,刘荣添,双宝;钛柱撑粘土的合成[J];福州大学学报(自然科学版);2001年06期
13 郑斌,朱永法,姚文清,王鹤泉,曹立礼,胡为民;金刚石薄膜的表面金属化及与Ti薄膜的界面扩散反应的AES研究[J];材料工程;1998年08期
14 关小军,潘伟,周家娟,王作成,朱学刚;成分对超低碳高强度烘烤硬化钢板性能的影响[J];特殊钢;1999年06期
15 王喜全;P204萃取Sc和Ti机理的研究[J];鞍山钢铁学院学报;1999年04期
16 周海;杨英歌;陈飞;万汉城;蔡硕;;纯镁表面注入钛离子研究[J];热加工工艺;2007年20期
17 朱光明,雷永泉,陈立新,王启东;Ti对Ml(NiCoMnTi)_5合金相结构和充放电循环性能的影响[J];金属学报;2001年09期
18 王志起;万隆;胡伟达;刘小磐;张国威;翟浩冲;;Ti对陶瓷结合剂及金刚石磨具性能的影响[J];金刚石与磨料磨具工程;2011年02期
19 屈定荣,武显亮,王光耀;XPS研究Ti32Mo在浓盐酸溶液中钝化膜结构[J];腐蚀科学与防护技术;2003年03期
20 李建林,胡克鳌,周勇;高能球磨过程中Ti与BN的反应[J];金属学报;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何运斌;潘清林;覃银江;李文斌;梁文杰;刘晓艳;Yu Lung CHIU;;ECAP法制备细晶ZK60镁合金的组织与性能[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
2 张振军;段启强;吴世丁;杨刚;张哲峰;;层错能对ECAP制备超细晶铜锌合金高周疲劳行为的影响[A];第十五届全国疲劳与断裂学术会议摘要及论文集[C];2010年
3 陈文杰;周清;邓竹君;;6061铝合金ECAP挤压工艺研究[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年
4 戈晓岚;许晓静;汪建敏;居志兰;;ECAP仿真与组织分析[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
5 刘曙光;李文翔;;ECAP对止水铜片原材料的强度和韧性的影响[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年
6 戈晓岚;许晓静;汪建敏;居志兰;;ECAP仿真与组织分析[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 王金龙;郑明毅;王晓军;邓坤坤;胡小石;吴昆;;ECAP变形对SiCp/AZ91镁基复合材料组织与性能的影响[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
8 李晓璐;陆玲;徐霞;刘丞;;ECAP在小儿人工耳蜗术后心理物理测试中的应用[A];中华医学会第十次全国耳鼻咽喉-头颈外科学术会议论文汇编(上)[C];2007年
9 徐世伟;郑明毅;乔晓光;甘为民;吴昆;;原位准晶增强镁基复合材料的ECAP变形[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(上)[C];2006年
10 李建萍;栾兆菊;;等径角挤压的最新研究进展(英文)[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宋杰;时效及ECAP处理无镍Ti基记忆合金相变与力学行为研究[D];上海交通大学;2011年
2 郭廷彪;ECAP制备超细晶铜的组织演变、织构特征及力学性能研究[D];兰州理工大学;2010年
3 边丽萍;ECAP挤压亚共晶Al-Mg_2Si原位复合材料强韧化研究[D];太原理工大学;2011年
4 何运斌;ECAP超细晶ZK60镁合金的制备及其相关基础研究[D];中南大学;2011年
5 韩富银;ECAP变形AZ61-4Si和ZK60-4Si耐热镁合金组织与性能的研究[D];太原理工大学;2012年
6 佟立波;热挤压及ECAP变形Mg-Zn-Ca合金的组织演化机制及变形行为[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 郑志军;ECAP制备的块体纳米晶304不锈钢的组织演变、力学性能与腐蚀行为[D];华南理工大学;2012年
8 徐红星;等通道转角大应变技术制备块体纳米结构铝材的研究[D];江苏大学;2010年
9 康锋;背压对镁合金等径角变形的作用[D];南京理工大学;2010年
10 张静;金属的强烈塑性变形与考虑尺寸效应的细观本构关系[D];广西大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周龙;ECAP工艺对镍钛记忆合金的显微组织和性能的影响[D];华南理工大学;2011年
2 陈文杰;ECAP工艺对6061铝合金性能的影响[D];南京航空航天大学;2011年
3 陈国星;等径角挤压法(ECAP)制备块体超细晶奥氏体不锈钢的工艺及性能[D];华南理工大学;2010年
4 胡超;ECAP制备TWIP钢的研究[D];昆明理工大学;2009年
5 梁毅;工业纯钛室温A和Bc方式ECAP多道次变形模拟[D];西安建筑科技大学;2011年
6 石凤健;ECAP工艺与材料组织性能控制的研究[D];江苏大学;2003年
7 田景来;ECAP纯铝L2的组织与性能研究[D];西安理工大学;2005年
8 贾俊豪;Mg_2Si增强ZK60镁合金ECAP变形组织及力学性能研究[D];太原理工大学;2012年
9 张军辉;ECAP辅助的纯铜晶界工程研究[D];南京理工大学;2012年
10 宋鹏;ECAP变形及二次挤压对Mg-Zn-Ca-Mn合金组织与性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;TI将重点转移到高端手机应用处理业务[N];中国电子报;2008年
2 晓勇 编译;对症用药[N];中国计算机报;2001年
3 本报记者 李映 整理;Rich Templeton:TI把更多资源贴近中国客户[N];中国电子报;2011年
4 本报记者 李红梅;恒强牵手美国TI:从“芯”开始[N];中国纺织报;2011年
5 纵强;小议战场△TI[N];解放军报;2009年
6 伊凡壹;TI推出两款高效率PWM电源控制器[N];电子报;2011年
7 ;德州仪器(TI)无线终端业务部全球战略市场营销总监AvnerGoren:多核处理器是未来平台特点[N];中国电子报;2009年
8 田文英(作者单位:西安交通大学法学系);宝洁诉“Tide”域名抢注案的法律思考[N];法制日报;2002年
9 ;TI推出全新CC430技术平台[N];人民邮电;2008年
10 沈彤;硅谷-It,s going![N];中国计算机报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978