一種超細(xì)晶β 鈦合金熱穩(wěn)定性的研究

亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金不含Ni 和其他有毒元素，具有良好的生物相容性，在醫(yī)療領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。然而，亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金的表面性能和抗疲勞性能已成為限制其應(yīng)用的重要因素，而發(fā)展超細(xì)晶(UFG)和納米晶的亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金則是提高亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金強(qiáng)度和改善抗疲勞性能的有效方法。Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 合金是一種新型的亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金，具有較低的彈性模量，高的強(qiáng)度、可塑性及贗彈性，并且可以通過(guò)累積軋制(ARB)這種大塑性變形(SPD)技術(shù)有效提高合金的強(qiáng)度，獲得較好的強(qiáng)塑性匹配。然而，經(jīng)SPD 獲得的UFG 亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金的熱穩(wěn)定性通常較差，晶粒往往會(huì)在相對(duì)較低的溫度便急劇長(zhǎng)大，從而對(duì)其性能產(chǎn)生影響。但是，合金中因雜質(zhì)、氣孔或第二相粒子而產(chǎn)生的晶界阻塞效應(yīng)可能會(huì)對(duì)Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 這種UFG 亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，對(duì)UFG Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 鈦合金熱穩(wěn)定性的研究具有重要意義。實(shí)驗(yàn)選用在850 ℃(相變點(diǎn)以上)熱軋的厚1 mm 的Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 合金薄板，經(jīng)710 ℃×1 h/AC 固溶處理后，再采用ARB 技術(shù)經(jīng)4 道次軋制成0.2 mm×150 mm ×200 mm 的試樣。每道次軋制前均需用混酸(HF、HNO3、H2O 體積比為1∶4∶5)對(duì)其表面進(jìn)行清洗。最后，在MIHM-VOGTP6/B 箱式爐中進(jìn)行退火處理。測(cè)試了經(jīng)不同溫度不同時(shí)間退火處理后試樣的顯微硬度及組織形貌，從而研究了Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 鈦合金的熱穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn):在400 ～600 ℃進(jìn)行退火處理，初期(約30 min 內(nèi))試樣的顯微硬度均有所變化。退火處理前試樣的顯微維氏硬度為3 038 MPa，400 ℃退火30 min 后，硬度增加到3 430 MPa;500 ℃和600 ℃退火30 min 后顯微硬度則有所降低，但30 min 后隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣的顯微硬度基本不變。此外，在400 ℃和500 ℃退火處理后，合金中β 晶粒的尺寸基本沒(méi)有變化，600 ℃時(shí)也只在初期存在β 晶粒的急劇長(zhǎng)大，后期隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不再長(zhǎng)大，基本保持在0.72 μm 左右。總之，這種UFG 亞穩(wěn)態(tài)β 鈦合金具有良好的熱穩(wěn)定性，明顯優(yōu)于UFG 工業(yè)純鈦。