氫處理細(xì)晶鈦合金的拉伸性能及其在牙科上的應(yīng)用

研究簡報(bào)

氫處理細(xì)晶鈦合金的拉伸性能及其在牙科上的應(yīng)用

氫處理是能夠使鈦合金晶粒尺寸達(dá)1 μm以下的為數(shù)較少的方法之一。利用這種方法可以使α+β型鈦合金Ti-6Al-4V及富β的α+β型鈦合金Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe獲得晶粒尺寸小于0.5 μm的等軸細(xì)晶組織，使合金具有優(yōu)異的超塑性能。日本學(xué)者中東潤對這兩種合金進(jìn)行氫處理，研究其常溫性能及超塑拉伸性能，并用超塑成形方法試制了牙科修補(bǔ)用金屬支架。

鈦合金在氫氣中加熱至β相變點(diǎn)以上并保溫一段時(shí)間后，水冷得到馬氏體組織，然后在α+β兩相區(qū)進(jìn)行熱加工，獲得細(xì)針狀馬氏體組織。顯微組織觀察結(jié)果表明，Ti-6Al-4V合金的α晶粒尺寸為0.3～0.5 μm，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金的α晶粒尺寸為0.1～0.3 μm，而且大多數(shù)晶界為大角度晶界。室溫拉伸試驗(yàn)表明，細(xì)晶Ti-6Al-4V合金比未經(jīng)氫處理、經(jīng)相同熱加工得到的粗晶Ti-6Al-4V合金的屈服強(qiáng)度高(1 300 MPa對800 MPa)，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有這種強(qiáng)度提高的趨勢。

不同溫度下的超塑性變形試驗(yàn)表明，細(xì)晶Ti-6Al-4V合金在1 073 K下的延伸率達(dá)到6 620%，而粗晶Ti-6Al-4V合金在1 173 K下的僅為2 000%。細(xì)晶Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金在923 K下的延伸率達(dá)極大值10 600%。拉伸試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，粗晶Ti-6Al-4V合金在923 K下的變形應(yīng)力為276 MPa，而細(xì)晶Ti-6Al-4V合金在873 K下的變形應(yīng)力為113 MPa，是細(xì)晶合金的一倍多。Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有相同的趨勢。

用這種氫處理法制備了超塑性加工用Ti-6Al-4V合金薄板(φ40 mm×0.70 mm)。進(jìn)行了牙科用金屬支架的超塑成形試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為1 123 K，加工壓力分別為1.0、1.5、2.0 MPa。結(jié)果表明，加工壓力為1.5 MPa時(shí)的應(yīng)變速度最合適。壓力為1.0 MPa時(shí)，頂部的形狀不明顯；壓力為2.0 MPa時(shí)，發(fā)生部分?jǐn)嗔?，無法加工；而當(dāng)加工壓力為1.5 MPa時(shí)可按模具的形狀加工出牙科用金屬構(gòu)架。

今后為了提高加工精度，尚需進(jìn)一步研究板厚對超塑成形性能的影響。

吳全興摘譯自《チタン》