Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование функционального усталостного поведения биосовместимого сплава Ti-Nb-Zr с памятью формы

ФИО: Лапина О.П.

Направление: Металлургия

Научный руководитель: д.ф.-м.н. , проф. Прокошкин С.Д., асп. Шереметьев В.А.

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Пластической деформации специальных сплавов

Академическая группа: МО-12-1

С развитием ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии возрастает необходимость в металлических имплантах, которые проявляют биомеханическую и биохимическую совместимость с костной тканью человеческого тела. В последние годы сплавы систем Ti-Nb-Ta и Ti-Nb-Zr привлекают внимание ученых в качестве перспективного материала для замены костной ткани. Основными преимуществами, обеспечивающими биомеханическую совместимость, является низкое значение модуля Юнга (близкое к костной ткани) и сверхупругое (СУ) поведение. Наилучший комплекс этих характеристик достигается в результате применения к сплавам термомеханической обработки (ТМО), включающей холодную деформацию и последеформационный отжиг (ПДО). СУ поведение, которое проявляется благодаря развитию обратимого b↔a’’ мартенситного превращения, наблюдается выше области деформаций, которым реально подвергается костная ткань. Целью данной работы было сравнение результатов усталостных испытаний в сверхупругой и условно упругой областях и определение эффективности различных режимов ТМО по функциональной долговечности.

В качестве объекта исследования был выбран сплав системы Ti-21.8Nb-6Zr (в ат. %). Выбранный сплав подвергли ТМО, включающей холодную прокатку со степенью деформации e = 0,3 и ПДО при: 450ºС (60 мин), 600ºС (30 мин) и 750ºС (30 мин). Усталостные циклические испытания были проведены по схеме «деформация растяжением на 0,2, 0,3, 0,5, 0,7, 1 или 1,5% – разгрузка» до разрушения. Структура сплава после ТМО и механических испытаний была изучена методами электронномикроскопического и рентгеноструктурного анализа.

В результате испытаний было установлено, что в результате ПДО при 600ºС СПФ сплава системы TNZ формируется полигонизованная дислокационная субструктура b-фазы, которая обеспечивает оптимальную совокупность фунциональных и механических свойств (низкое значение модуля Юнга и оптимальное СУ поведение). В ходе механоциклирования в условно-упругой области (εс = 0,2%) сплав после ПДО при 450°С проявляет наибольшую усталостную долговечность. При увеличении степени деформации в цикле (εс ≥ 0,3%) наилучшую функциональную усталостную долговечность проявляет сплав после ПДО при 600°C.