Вплив термомеханічних і термічних оброблень на структуру та механічні властивості біосумісних стопів Ti–(18–20)Nb–(3–4)Zr–(1–1,2)Si

О. М. Шевченко, М. М. Кузьменко, О. Ю. Коваль, А. В. Котко, С. О. Фірстов

Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142 Київ, Україна

Отримано: 31.10.2023; остаточний варіант - 10.12.2023. Завантажити: PDF

Досліджено деформовані біомедичні стопи Ti–(18–20)Nb–(3–4)Zr–(1–1,2)Si (% ваг.). Прокатування проводилося за температури у 950°С з охолодженням на повітрі та водою; застосовувалося також гартування у воду та масло з нагрівом до 1050°С. Рентґенофазовою аналізою встановлено, що гаряче деформування стопів Ti–(18–20)Nb–(3–4)Zr–(1–1,2)Si сприяє розшаруванню $\beta$-твердого розчину на $\beta_{1}$-фазу на основі Ti–Nb і $\beta_{2}$-фазу на основі Zr–Ті, внаслідок чого після охолодження утворюється кінцева дисперсна нерівноважна ($\alpha^{''}$ + $\alpha^{'}$)-структура, яка відображає мікроструктуру ($\beta_{1}$ + $\beta_{2}$), сформовану через попередній розпад. Після деформації з охолодженням на повітрі дослідні стопи містять найбільшу кількість $\alpha^{'}$-фази та мають високу міцність і низьку пластичність. Показано, що збільшення швидкости охолодження та підвищення температури під час гартування приводить до переважання у них орторомбічної $\alpha^{''}$-фази; водночас міцність стопів понижується зі значним підвищенням пластичности. В процесі деформації та термооброблення в структурі також виділяються щільно й рівномірно розподілені дисперсні силіциди, які вносять свій внесок у зміцнення. Для стопів Ti–(18–20)Nb–(3–4)Zr–(1–1,2)Si встановлено інтервал температур $T$ = 1040 $\pm$ 20°С, гартування від якого уможливлює одержати високі механічні властивості: $\sigma_{B}$ = 1100–1150 МPа, $\sigma_{0,02}$ = 800–850 МPа, $\delta$ = 11–11,5%. Шляхом деформування та гартування дослідних стопів створено композиційний матеріял з леґованою пластичною матрицею, зміцненою рівномірно розподіленими дисперсними твердими частинками силіцидів.

Ключові слова: біосумісні стопи Ti–(18–20)Nb–(3–4)Zr–(1–1,2)Si, деформація, гартування, структура, силіциди, механічні властивості.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i03/0265.html

PACS: 62.20.F-, 68.37.Hk, 68.37.Lp, 81.30.Kf, 81.30.Mh, 81.40.-z, 87.85.jj


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. Y. Okazaki, S. Rao, T. Tateishi, and Y. Ito, Mater. Sci. Eng. A, 243, Nos. 1–2: 250 (1998). Crossref
  2. M. Niinomi, Mater. Sci. Eng. A, 243, Nos. 1–2: 231 (1998). Crossref
  3. Y. Zhang, D. Sun, J. Cheng, J. K. H. Tsoi, and J. Chen, Regen. Biomater., 7, No. 1: 119 (2020). Crossref
  4. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 3: 363 (2019) (in Ukrainian). Crossref
  5. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, A. V. Kotko, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 6: 823 (2017) (in Ukrainian). Crossref
  6. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, and S. O. Firstov, Mater. Sci., 55, No. 4: 577 (2020). Crossref
  7. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, O. Yu. Koval, A. V. Kotko, N. V. Ulyanchich, O. O. Piven, T. P. Ruban, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 7: 887 (2021) (in Ukrainian). Crossref
  8. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, O. Yu. Koval, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 8: 1059 (2022) (in Ukrainian). Crossref
  9. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, O. Yu. Koval, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 3: 329 (2023) (in Ukrainian). Crossref
  10. M. Abdel-Hady, H. Fuwa, K. Hinoshita, H. Kimura, Y. Shinzato, and M. Morinaga, Scripta Mater., 57, No. 11: 1000 (2007). Crossref
  11. Q. Li, M. Niinomib, M. Nakaib, Zh. Cuia, Sh. Zhua, and X. Yang, Mater. Sci. Eng. A, 536: 197 (2012).
  12. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, and S. O. Firstov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 2: 237 (2020) (in Ukrainian). Crossref
  13. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. M. Kuzmenko, A. V. Kotko, and S. O. Firstov, Mater. Sci., 58, No. 2: 180 (2022). Crossref
  14. N. I. Grechanyuk, L. D. Kulak, N. N. Kuzmenko, Yu. O. Smashnyuk, A. V. Demchishin, and A. E. Fisk, Electrometallurgy Today, No. 2: 17 (2017) (in Russian). Crossref
  15. A. Thoemmes, I. A. Bataev, D. V. Lazurenko, A. A. Ruktuev, I. V. Ivanov, C. R. M. Afonso, A. Stark, and A. M. Jorge Jr., Mater. Sci. Eng. A, 818: 141378 (2021). Crossref
  16. Y. Ishiguro, Y. Tsukada, and T. Koyama, Computational Mater. Sci., 151: 222 (2018). Crossref
  17. A. Biesiekierski, D. Ping, Y. Li, J. Lin, K. S. Munir, Y. Yamabe-Mitarai, and C. Wen, Acta Biomater., 53: 549 (2017). Crossref