一种超细晶β 钛合金热稳定性的研究

亚稳态β 钛合金不含Ni 和其他有毒元素，具有良好的生物相容性，在医疗领域得到了很好的应用。然而，亚稳态β 钛合金的表面性能和抗疲劳性能已成为限制其应用的重要因素，而发展超细晶(UFG)和纳米晶的亚稳态β 钛合金则是提高亚稳态β 钛合金强度和改善抗疲劳性能的有效方法。Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 合金是一种新型的亚稳态β 钛合金，具有较低的弹性模量，高的强度、可塑性及赝弹性，并且可以通过累积轧制(ARB)这种大塑性变形(SPD)技术有效提高合金的强度，获得较好的强塑性匹配。然而，经SPD 获得的UFG 亚稳态β 钛合金的热稳定性通常较差，晶粒往往会在相对较低的温度便急剧长大，从而对其性能产生影响。但是，合金中因杂质、气孔或第二相粒子而产生的晶界阻塞效应可能会对Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 这种UFG 亚稳态β 钛合金的热稳定性产生影响。因此，对UFG Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 钛合金热稳定性的研究具有重要意义。实验选用在850 ℃(相变点以上)热轧的厚1 mm 的Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 合金薄板，经710 ℃×1 h/AC 固溶处理后，再采用ARB 技术经4 道次轧制成0.2 mm×150 mm ×200 mm 的试样。每道次轧制前均需用混酸(HF、HNO3、H2O 体积比为1∶4∶5)对其表面进行清洗。最后，在MIHM-VOGTP6/B 箱式炉中进行退火处理。测试了经不同温度不同时间退火处理后试样的显微硬度及组织形貌，从而研究了Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn 钛合金的热稳定性。研究发现:在400 ～600 ℃进行退火处理，初期(约30 min 内)试样的显微硬度均有所变化。退火处理前试样的显微维氏硬度为3 038 MPa，400 ℃退火30 min 后，硬度增加到3 430 MPa;500 ℃和600 ℃退火30 min 后显微硬度则有所降低，但30 min 后随着退火时间的延长，试样的显微硬度基本不变。此外，在400 ℃和500 ℃退火处理后，合金中β 晶粒的尺寸基本没有变化，600 ℃时也只在初期存在β 晶粒的急剧长大，后期随着退火时间的延长，晶粒不再长大，基本保持在0.72 μm 左右。总之，这种UFG 亚稳态β 钛合金具有良好的热稳定性，明显优于UFG 工业纯钛。