Термоводородная обработка фасонных отливок из титанового сплава ВТ20Л для медицинских имплантатов

• Автор: Гуртовая, Галина Валериевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Состояние вопроса

1.1 Характеристика литейных титановых сплавов ВТЛ и ВТ6Л.

1.2 Влияние структуры и обработки на величину предела

выносливости титановых сплавов.

1.3 Термоводородная обработка титановых сплавов

1.3.1 Взаимодействие титана и его сплавов с водородом.

1.3.2 Основы термоводородной обработки титановых сплавов

1.3.3 Термоводородная обработка фасонных отливок

из титановых сплавов.

1.4 Титан и его сплавы в медицине
1.4.1 Совместимость титана и его сплавов с организмом
человека
1.4.2 Применение титановых сплавов в эндопротезировании
суставов.
1.5 Заключение по литературному обзору и постановка
задач исследований
Глава II. Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования.
2.2 Методы исследования
Глава III. Влияние температуры наводороживающего и вакуумного
отжигов на формирование фазового состава и структуры
фасонной отливки сплава ВТЛ.
3.1 Влияние температуры наводороживающего отжига на фазовый
состав и структуру сплава ВТЛ.
3.1.1 Наводороживающий отжиг в робласти
3.1.2 Наводороживающий отжиг в аробласти
3.1.3 Влияние изотермической выдержки на фазовый состав и структуру сплава ВТЛ, легированного 0,8 водорода.
3
3.2 Влияние температуры вакуумного отжига на формирование фазового состава и структуры сплава ВТЛ, легированного водородом.
3.3 Исследование термической стабильности а2фазы в сплаве
ВТЛ при изотермической выдержке
3.3.1 Термическая стабильность сс2фазы после ТВО
с наводороживанием в Робласти
3.3.2 Термическая стабильность а2фазы после ТВО
с наводороживанием в аРобласти
Глава IV. Влияние термоводородной циклической обработки на формирование структуры литого титанового
сплава ВТЛ.
4.1 Циклическая ТВО сплава ВТЛ в робласти
4.2 Циклическая ТВО сплава ВТЛ в аробласти
Глава V. Влияние структуры, сформировавшейся при ТВО,
на механические свойства сплава ВТЛ
Основные выводы.
Список литературы


Титан распространен в земной коре и обладает рядом уникальных природных свойств: малой плотностью в сочетании с большой удельной прочностью, необычайно высокой коррозионной стойкостью и значительной прочностью при повышенных температурах. Все это обеспечило активное развитие титановой металлургии в последние десятилетия [1, 2]. Одним из факторов, сдерживающих еще более широкое применение титана, является низкий коэффициент использования металла и трудность переработки титановых отходов. В результате этого стоимость механической обработки титановых штамповок часто превосходит даже стоимость самого титана. Поэтому одной из главных задач металлургии титана является максимальное приближение формы и размеров титановых полуфабрикатов к форме и размерам готовых изделий [3]. Указанная проблема может быть решена путем разработки и внедрения наиболее прогрессивных и экономичных методов получения изделий, таких как фасонное литье. Так, предел прочности и усталостные характеристики отливок из титановых сплавов ниже, чем деформированного металла, что связано с различиями их структуры и особенно с микроскопической и субмикроскопнчсской пористостью, присутствующей в отливках. Химический состав литейных титановых сплавов ВТЛ и ВТ6Л приведен в таблице 1. Таблица 1. Литейный сплав ВТЛ относится к псевдо-а-сплавам титана. Р-перехода (Ас3) (для ВТЛ ТПП~°С) и снижающего удельный вес, сплав ВТЛ легирован небольшими добавками молибдена, ванадия и циркония. Эти добавки обеспечивают сплаву некоторое упрочнение, при сохранении высоких литейных характеристик и свариваемости [3]. Структура пссвдо-а-сплавов титана представлена в основном а-фазой и небольшим количеством Р-фазы (не более 5% (масс. Сплав ВТ6Л является одним из наиболее распространенных литейных (а+Р)-титановых сплавов. За рубежом аналог этого сплава - сплав ТІ-6АІ-4У занимает ведущее место и среди деформируемых титановых сплавов. В соответствии с классификацией по структуре в закаленном состоянии, сплав ВТ6Л относится к двухфазным (а+р)-сплавам мартенситного класса (при резком охлаждении из Р-области приобретает структуру мартенсита а'). Сплав легирован алюминием и ванадием. Легирование ванадием, который является Р-стабилизатором, снижает температуру Ас3. Ванадий относится к числу тех немногих легирующих элементов в титане, которые повышают не только прочностные свойства, но и пластичность. Благоприятное влияние ванадия на пластические свойства связано с его специфическим влиянием на параметры решетки а-титана. Большинство легирующих элементов в титане увеличивают соотношение осей с/а и приближают его к теоретическому значению 1,3, что затрудняет скольжение по призматическим плоскостям и снижает пластичность. Ванадий, наоборот уменьшает соотношение осей с/а и тем самым повышает способность а-фазы к пластической деформации [2]. Температура Ас3 сплава ВТ6 0 - Ю°С. В реальных условиях в сплаве ВТ6 в отожженном состоянии содержится около % р-фазы [2]. Микроструюура титановых отливок подобна микроструктуре титановых штамповок, подвергнутых деформации в Р-области (Р-штамповке) и обычно представляет собой пластинчатую структуру превращенной р-фазы [3]. Внутренний объем р-зерен расчленен прямолинейными а-пластинами, собранными в колонии, в пределах каждой из которых а-пластины параллельны. В промежутках между пластинами первичной а-фазы расположены более тонкие пластины вторичной а-фазы, а также прослойки остаточной Р-фазы. Такая микроструктура обычно определяет низкий уровень механических свойств, особенно усталостной прочности [4]. Механические свойства сплавов ВТЛ и ВТ6Л приведены в таблице 1. Таблица 1. Анализ многих исследований свидетельствует о том, что величина зерна (без попутных структурных изменений) может изменять предел усталости на -%. В общем случае измельчение зерна приводит к увеличению усталостной прочности. Следует отмстить, что во многих случаях под величиной зерна понимают различные понятия (макрозерно, микрозерно, «грубозернистая структура» и т. I]. При рассмотрении влияния различных факторов на процесс усталости следует учитывать две стадии: до появления трещины и распространение трещины.