氢处理细晶钛合金的拉伸性能及其在牙科上的应用

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超细晶钛合金具有一系列突出的优点,其室温强度有所提高,并且在高温拉伸下具有很大的伸长率。细晶粒通常通过大变形方法获得,例如等直径弯曲,高压扭转,多轴锻造和累积卷焊。除此之外,氢处理方法也可以用于钛合金。

氢处理是能够使钛合金的粒径小至1μm以下的方法之一。通过这种方法,α+β型钛合金Ti-6Al-4V和富β的α+β型钛合金Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe可以得到等轴细晶粒组织。晶粒尺寸小于0.5μm。使合金具有优良的超塑性。日本学者Middle East Run对这两种合金进行了氢处理,以研究其常温性能和超塑性拉伸性能,并使用超塑性成形方法对用于牙科修复的金属支架进行原型制作。

将钛合金在氢气中加热到β相变点以上一段时间,然后水冷以获得马氏体结构,然后在α+β两相区域中进行热处理,得到细的针状马氏体组织。显微组织观察表明,Ti-6Al-4V合金的α晶粒尺寸为0.3-0.5μm,Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金的α晶粒尺寸为0.1-0.3μm,且大多数晶体为边界。是大角度晶界。室温拉伸试验表明,与未经氢处理的粗粒Ti-6Al-4V合金Ti-4.5Al-3V相比,细粒Ti-6Al-4V合金具有更高的屈服强度(1300MPa对800MPa) 。 -2Mo-2Fe合金也具有强度增加的趋势。

不同温度下的超塑性变形试验表明,细晶粒的Ti-6Al-4V合金在1073K时的伸长率为6620%,而粗晶粒的Ti-6Al-4V合金在1173K时的伸长率仅为2000%。 Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe细晶粒合金在923 K时的伸长率达到最大值%。拉伸试验的应力-应变曲线表明,在923 K时,粗晶粒Ti-6Al-4V合金的变形应力为276 MPa,而在873 K时,细晶粒的Ti-6Al-4V合金的变形应力为273 MPa。是113 MPa,是一种细晶粒合金。翻了一番以上。 Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也有相同的趋势。

通过该氢处理,准备了超塑性加工用的Ti-6Al-4V合金板(Φ40mm×0.70mm)。牙科金属支架的超塑性成形测试分别在测试温度为1,123 K和处理压力为1.0、1.5和2.0 MPa的条件下进行。结果表明,在1.5 MPa的加工压力下的应变率是最合适的。压力为1.0 MPa时,顶部的形状不明显。压力为2.0MPa时,会发生局部断裂,无法进行加工。当加工压力为1.5MPa时,可以根据模具的形状加工牙科金属框架。

为了提高加工精度,有必要进一步研究片材厚度对超塑性成形性能的影响。

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