Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 207 MATERIAL SCIENCE туальной задачей [1]. В связи с этим перспективным направлением в области медицинского материаловедения является разработка сплавов на основе титана, легированных биоинертными металлами, которые не оказывают токсичного действия на организм. Это сплавы систем Ti-Nb, Ti-Nb-Ta, Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Sn, Ti-Nb-Ta, Ti-Nb-Hf, Ti-Nb-Zr-Sn, Ti-Nb-Ta-Sn, Ti-Nb-Ta-Zr [1, 2]. Легирование титана стабилизирующими элементами определенных концентраций, такими как ниобий, цирконий, тантал, позволяет сформировать бета-фазу, которая способствует получению низкого модуля упругости в сплаве. Модуль упругости таких сплавов в зависимости от элементного состава может варьироваться в диапазоне 14…50 ГПа, что сопоставимо с модулем упругости костной ткани (10…30 ГПа) [2]. Интерес к сплавам с низким модулем упругости находит свое отражение в ряде научных исследований, выполненных для сплавов тройных систем на основе титана, ниобия и циркония (TNZ), Ti-13Zr-13Nb, Ti-19Nb-14Zr, Ti-Nb (1819)-Zr (5-6) [3-8]. Преимуществом сплавов TNZ является отсутствие токсичного воздействия на организм. Однако их широкое применение в медицине ограничено недостаточно высокими прочностными свойствами, такими, как пределы текучести, прочности, усталостной выносливости и др. Формирование ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в бета-титановых сплавах методами интенсивной пластической деформации (ИПД) позволяет обеспечить значительное повышение усталостной прочности и циклической долговечности без легирования «токсичными» элементами, а также довести значения пределов прочности и текучести до уровня крупнокристаллических (КК) среднепрочных «альфа+бета» титановых сплавов, имеющих медицинские приложения. В работе [9] показано, что в зависимости от режимов термомеханических обработок модуль упругости в сплаве Ti-13Nb-13Zr находится в диапазоне 79…84 ГПа. У сплавов системы Ti-Nb-Zr с различной концентрацией ниобия и циркония после прокатки и термообработки модуль упругости и предел прочности могут варьироваться от 59 до 75 ГПа и от 345 до 810 МПа соответственно [9–-11]. Однако вопросы, связанные с получением требуемых механических свойств и с закономерностями структурообразования, обусловленные большим многообразием формирующихся структур и фазовых превращений для мультикомпонентных систем на основе титана со стабилизированной бета-фазой и с низким модулем упругости при ИПД, требуют дальнейшего развития. Все это определяет актуальность работы, направленной на разработку сплавов на основе титана, ниобия, циркония, и дальнейшее решение задач, связанных с повышением уровня механических свойств и получением низкого модуля упругости. Цель работы – обнаружение влияния глубокого деформационного воздействия на микроструктуру и механические свойства сплава системы Ti-Nb-Zr. Методика исследований В качестве материала исследования использовался сплав системы Ti-Nb-Zr (TNZ, Ti-42Nb-7Zr). Экспериментальные заготовки из сплава Ti-42Nb-7Zr были изготовлены из чистых йодидного титана, ниобия и йодидного циркония методом дуговой плавки в защитной атмосфере аргона с использованием неплавящегося вольфрамового электрода в печи Buhler [12]. Для обеспечения однородности химического состава осуществляли пятикратный переплав. Заготовки получали массой 20 г в виде дисков (диаметр  25 мм, высота  8 мм). Согласно данным микрорентгеноспектрального анализа слитки имели следующий состав (мас. %): Ti  50,3; Nb  42,3; Zr 7,4. После переплава слитки подвергали выдержке при температуре 1000 С в течение 3 часов в атмосфере аргона и затем закаливали в воду. Из слитков были подготовлены образцы, которые для получения УМЗ-состояния подвергали деформационному воздействию по двум схемам. Схемы обработок заготовок сплава показаны на рис. 1. Согласно первой схеме образцы в форме параллелепипедов с размерами 7×8×15 мм3, вырезанные из слитка искровой резкой, подвергали ИПД, состоящей из многоходовой прокатки в плоских валках. Предварительно заготовки перед прокаткой нагревали до температуры 200 С, а прокатку проводили при комнатной температуре валков до суммарной логарифмической деформации е = 2,19. В случае второй схемы применяли комбинированный метод ИПД, сочетающий abc-прессование

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1