一種超細晶β 鈦合金熱穩定性的研究

亞穩態β 鈦合金不含Ni 和其他有毒元素，具有良好的生物相容性，在醫療領域得到了很好的應用。然而，亞穩態β 鈦合金的表面性能和抗疲勞性能已成為限制其應用的重要因素，而發展超細晶(UFG)和納米晶的亞穩態β 鈦合金則是提高亞穩態β 鈦合金強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態β 鈦合金，具有較低的彈性模量，高的強度、可塑性及贗彈性，并且可以通過累積軋制(ARB)這種大塑性變形(SPD)技術有效提高合金的強度，獲得較好的強塑性匹配。然而，經SPD 獲得的UFG 亞穩態β 鈦合金的熱穩定性通常較差，晶粒往往會在相對較低的溫度便急劇長大，從而對其性能產生影響。但是，合金中因雜質、氣孔或第二相粒子而產生的晶界阻塞效應可能會對Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 這種UFG 亞穩態β 鈦合金的熱穩定性產生影響。因此，對UFG Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 鈦合金熱穩定性的研究具有重要意義。實驗選用在850 ℃(相變點以上)熱軋的厚1 mm 的Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 合金薄板，經710 ℃×1 h/AC 固溶處理后，再采用ARB 技術經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)對其表面進行清洗。最后，在MIHM-VOGTP6/B 箱式爐中進行退火處理。測試了經不同溫度不同時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 鈦合金的熱穩定性。研究發現:在400 ～600 ℃進行退火處理，初期(約30 min 內)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 后隨著退火時間的延長，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 晶粒的尺寸基本沒有變化，600 ℃時也只在初期存在β 晶粒的急劇長大，后期隨著退火時間的延長，晶粒不再長大，基本保持在0.72 μm 左右。總之，這種UFG 亞穩態β 鈦合金具有良好的熱穩定性，明顯優于UFG 工業純鈦。