ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 4 2025 240 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Одним из наиболее перспективных направлений использования магниевых сплавов рассматривается медицина [1]. Ключевыми преимуществами таких сплавов являются биорезорбируемость и относительно низкий модуль упругости, сопоставимый с модулем упругости кортикальной кости человека (до 30 ГПа). Соответствие модулей упругости костной ткани и магниевого сплава устраняет высокие напряжения в области контакта «имплантат – костная ткань» [2]. Магний и его сплавы обладают способностью к биорезорбции, что делает их полезными для некоторых видов ортопедических и сосудистых операций. Резорбция магниевого имплантата и замещение его костной тканью в организме в ходе лечения позволяет избегать повторного оперативного вмешательства. К недостаткам магниевых сплавов можно отнести низкую коррозионную стойкость и выделение водорода при коррозии металла [3]. Кроме того, для некоторых имплантатов, подвергающихся несущим нагрузкам, уровень прочностных свойств не соответствует необходимым требованиям. Легирование магния определенными элементами позволяет уменьшить скорость резорбции внедрённого имплантата и тем самым увеличить коррозионную стойкость, а также повысить механическую прочность при удовлетворительной предельной пластичности. Благоприятными элементами для медицинского применения считаются элементы Ca, Mn, Zn, Sn, Sr, Ce [4]. Наиболее перспективными для медицинских приложений являются сплавы на основе системы Mg-Zn-Zr. Добавка Ce до 0,3 масс. % в систему Mg-Zn-Zr улучшает пластичность [5]. Микролегирование Ce приводит к образованию более мелких и сферических интерметаллидов, которые способствуют зарождению центров кристаллизации и измельчению среднего размера зерна [6]. В магниевых сплавах может быть достигнуто повышение механических свойств за счет измельчения зеренной структуры с применением методов интенсивной пластической деформации (ИПД) [7]. Такой подход позволяет увеличить прочностные свойства в 2–2,5 раза без введения дополнительных легирующих элементов благодаря формированию ультрамелкозернистого (УМЗ) состояния. На сегодняшний день имеются публикации, в которых приведены результаты исследований структуры [5] и механических свойств [8] сплавов системы Mg-Zn-Zr с добавлением Ce и Ca в различных структурных состояниях [9]. Однако, несмотря на ряд публикаций [1, 3, 4, 10–12], посвященных получению ультрамелкозернистого (УМЗ) состояния в магниевых сплавах методами ИПД, остается проблема, связанная с получением среднего размера зерна менее 1 мкм. Кроме того, существует необходимость в поиске режимов последующей термообработки изделий из магниевых сплавов для снятия остаточных внутренних напряжений и повышения пластичности при одновременном сохранении УМЗструктуры сплава. УМЗ- и МК-состояния в магниевых сплавах отличаются невысокой пластичностью и ограниченной усталостной выносливостью. Это связано с особенностями их гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решетки, в которой деформация осуществляется преимущественно за счет скольжения по базисным плоскостям, что существенно снижает технологическую обрабатываемость изделий и полуфабрикатов из таких сплавов. При комнатной температуре в магниевых сплавах реализуются два основных механизма деформации: базисное скольжение и двойникование [13]. Повышение температуры при деформации приводит к задействованию нескольких плоскостей скольжения – базисной {0001}, призматической {1010}, пирамидальной {1122} – и двойникования {1012}, а также, как следствие, к увеличению пластичности магния после деформационных обработок [14]. Поэтому обработку давлением магния и его сплавов проводят при температуре 250…430 °С, что позволяет активировать призматическую и пирамидальную системы скольжения [15], а также вторичное двойникование [16]. Исследование деформационного поведения магния и его сплавов в работе [17] показало, что при температурах ниже 225 °С основным деформационным механизмом является двойникование, которое обычно ведет к резкому падению пластичности. Известно, что УМЗ-структура, сформированная методами ИПД в металлах и сплавах, имеет свои особенности, связанные с малым размером зерен, высокой кривизной кристаллической решетки, большой протяжённостью неравновес-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1