医用钛合金的疲劳特点

医用钛合金的疲劳特点实验在TFC和TFCA热锻合金棒上切取拉伸和疲劳试样。然后，TFC合金在1023K和1048K下，TFCA合金在1098K和1123K下进行真空固溶处理，保温1h，然后在冰水中淬火。固溶处理后分别取边长为3mm立方块，打磨抛光，最后在5%HF酸中浸泡20s，进行微观结构分析。力学性能测试结果表明，TFC合金的抗拉强度和屈服强度在1023K分别约为1015MPa和990MPa；TFCA合金在1098K分别约为980MPa和970MPa；它们均随温度升高而降低。TFC合金和TFCA合金经过固溶处理后，抗拉强度和屈服强度远高于316L不锈钢、CoCr合金、纯钛和固溶处理的Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金，接近于Ti-6A1-4V合金和Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金。2种合金的疲劳极限很高,TFC合金的疲劳强度高达790MPa,TFCA合金为610-630MPa，两者的疲劳强度均比纯钛、Ti-6A1-4V合金和其它生物材料要高。在不同的固溶温度下，TFC合金疲劳比(疲劳极限与抗拉强度的比值)非常接近，1023K时为0.78,1048K时为0.79;而TFCA合金的差异较大，高于Ti-6AI-4V合金价5--0.7),TFC合金和TFCA合金的生物功能性(疲劳强度和弹性模量的比值)分别为9.2-9.8,7.2-8.1，比其它生物金属材料如不锈钢(1.2),CoCrMo合金(1.5)、纯钛(1.8)和Ti-6A1-4V合金(5.2)要高。微观结构研究表明，在较低的温度下固溶处理，TFC合金和TFCA合金a相中的颗粒比较细，随着固溶温度的升高,a相中的颗粒变大。经固溶处理2种合金中都有。相沉淀析出，而TFCA合金中除了有a相和。相外，还有a相沉淀析出，各沉淀相的数量则随固溶温度的升高而增加。疲劳试验后，对其断裂表面进行SEM观察。结果发现TFC合金的裂纹产生于LCF区的表面和HCF区的内部，TFCA合金的裂纹均产生于LCF区和HCF区的内部。内部裂纹产生于LCF区β相低稳定区和HCF区月相高稳定区。合金的抗疲劳强度与内部裂纹的产生有关。研究合金内部裂纹生长区发现，最易产生裂纹的点集中在第二相附近。TFC:合金内部裂纹产生在HCF区，裂纹产生点有少量的Al以及大量的Fe和Cr。TFCA合金内部裂纹处的β相稳定性很差，这是由于a相和w相在附近沉淀。合金的疲劳特性与β相的稳定性密切相关。固溶处理可改变a相的稳定性且可避免产生a相沉淀，TFC合金和TFCA合金β固溶处理温度分别为989K和1077K,TFC合金固溶处理后由于裂纹处有大量的Fe和Cr存在，而使β相减少；TFCA合金的固溶温度超过1203K时，裂纹处Fe,Cr,Al分离声相明显增加。这说明原有的退火温度不足以在TFCA合金中形成单一舀相。由于Al的分散导致a相产生，从而降低了钛合金的抗疲劳强度。TFCA合金由于添加了Al，使其抗疲劳强度低于TFC合金。更多信息请了解“钛螺栓、钛制品”