钛及钛合金的高比强度、高耐腐蚀性能、低弹性模数及优良的生物兼容性,使合金在医用方面用途广泛:骨科中用于制造各种人工关节、人工骨及内外固定器械等;牙科中用于制造义齿、填充物、种植体、矫形丝及各种辅助治疗器械等。Ti-28Nb-13Zr-0.5Fe(简称TNZF合金)是专门设计用于制造身体植入物的亚稳态β钛合金,研究人员对合金时效状态下的显微组织及其性能进行了研究。
为了研究时效过程中相变对合金生物兼容性的影响,科研人员将锻造试样在850℃固溶处理+水淬,然后在350℃、450℃和550℃时效2~6小时。研究结果如下:(1)固溶显微组织由少量α″马氏体和亚稳态β基体组成。350℃时效状态下,β基体中弥散析出梭形ω相。提高时效温度至450℃,α″相转变成β相,从β基体中析出椭圆ω颗粒和圆点α颗粒。另外,在450℃时效4小时后,沿晶界出现无沉淀区。550℃时效状态下,晶界处和晶粒内发现针状α析出物。(2)350℃时效温度下硬质ω相析出导致强度和弹性模数增大,塑性下降。提高时效温度和时效时间,ω相渐渐被α相取代,导致塑性和拉伸强度恢复。淬火合金表现出良好的综合性能:低弹性模数、足够的拉伸强度和断裂塑性。(3)在350℃下时效,由于硬质ω相析出,合金表现为脆性解理断裂。而在450~550℃时效温度下则表现为韧窝状韧性断裂和晶间断裂的混合断裂模式。(晓红)