Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Термомеханическое поведение и структурообразование Ti - Zr - Nb-сплава с памятью формы для медицинского применения

В. А. Шереметьев, О. Б. Ахмадкулов, В. С. Комаров, А. В. Коротицкий, К. Е. Лукашевич, С. П. Галкин, В. А. Андреев, С. Д. Прокошкин

Аннотация


Исследованы особенности термомеханического поведения и структурообразования сплава Ti - 19 % (ат.) Zr - 14 % (ат.) Nb с памятью формы медицинского назначения в условиях осадки при температурах 600 - 1000 °C со скоростями деформации 0,1; 1,0; 10 с - 1. Определены основные параметры диаграммы деформации сжатием. Проведены металлографический и рентгеновский анализы сплава. Определена твердость образцов по Виккерсу. Показано, что сплав легко поддается деформированию в рассмотренных условиях и не обладает высокой скоростной чувствительностью сопротивления деформации. Даны рекомендации по проведению термомеханической обработки полуфабрикатов из Ti - Zr - Nb-сплава.

Ключевые слова


shape memory Ti - Zr - Nb alloy; thermomechanical treatment; parameters of stress-strain diagram; dynamic recrystallization; grain structure; phase composition; hardness

Полный текст:

PDF

Литература


Miyazaki S., Kim H. Y., Hosoda H. Development and characterization of Ni-free Ti-base shape memory and superelastic alloys // Materials Science and Engineering A. 2006. V. 438 - 440 (spec. iss.). P. 18 - 24.

Biesiekierski A., Wang J., Gepreel M. A. et al. A new look at biomeical Ti-based shape memory alloys // Acta Biomaterialia. 2012. V. 8. P. 1661 - 1669.

Laheurte P., Prima F., Eberhardt A. et al. Mechanical properties of low modulus β titanium alloys designed from the electronic approach // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2010. V. 3(8). P. 565 - 573.

Prokoshkin S., Brailovski V., Dubinskiy S. et al. Manufacturing, structure control, and functional testing of Ti - Nb-based SMA for medical application // Shape Memory and Superelasticity. 2016. V. 2(2). P. 130 - 144.

Sheremetyev V., Petrzhik M., Zhukova Y. et al. Structural, physical, chemical, and biological surface characterization of thermomechanically treated Ti - Nb-based alloys for bone implants // Journal of Biomedical Materials Research - Part B. Applied Biomaterials. 2020. V. 108(3). P. 647 - 662.

Kim H. Y., Fu J., Tobe H. et al. Crystal structure, transformation strain, and superelastic property of Ti - Nb - Zr and Ti - Nb - Ta alloys // Shape Memory and Superelasticity. 2015. V. 1(2). P. 107 - 116.

Konopatsky А. S., Dubinskiy S. M., Zhukova Yu. S. et al. Manufacturing and characterization of novel Ti - Zr-based // Materials Today: Proceedings. 2017. V. 4(3). P. 4856 - 4860.

Kim K. M., Kim H. Y., Miyazaki S. Effect of Zr content on phase stability, deformation behavior, and Young's modulus in Ti - Nb - Zr Alloys // Materials. 2020. V. 13(2). P. 476.

Ijaz M. F., Kim H. Y., Hosoda H. et al. Superelastic properties of biomedical (Ti - Zr) - Mo - Sn alloys // Materials Science and Engineering C, Materials for Biological Applications. 2014. V. 48. P. 11 - 20.

Guo S., Shi Y., Liu G. et al. Design and fabrication of a (β + α″) dual-phase Ti - Nb - Sn alloy with linear deformation behavior for biomedical applications // Journal of Alloys and Compounds. 2019. V. 805. P. 517 - 521.

Fu J., Yamamoto A., Kim H. Y. et al. Novel Ti-base superelastic alloys with large recovery strain and excellent biocompatibility // Acta Biomaterialia. 2015. V. 17. P. 56 - 67.

Yang R., Rahman K. M., Rakhymberdiyev A. N. et al. Mechanical behaviour of Ti - Nb - Hf alloys // Materials Science and Engineering A. 2019. V. 740 - 741. P. 398 - 409.

Vieira Nunes A. R., Borborema S., Araъjo L. S. et al. Influence of thermo-mechanical processing on structure and mechanical properties of a new metastable β Ti - 29Nb - 2Mo - 6Zr alloy with low Young's modulus // Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 820. P. 153078.

Kudryashova A., Sheremetyev V., Lukashevich K. et al. Effect of a combined thermomechanical treatment on the microstructure, texture and superelastic properties of Ti - 18Zr - 14Nb alloy for orthopedic implants // Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 843. P. 156066.

Li Q., Niinomi M., Nakai M. et al. Effect of Zr on super-elasticity and mechanical properties of Ti - 24 at% Nb - (0, 2, 4) at% Zr alloy subjected to aging treatment // Materials Science and Engineering A. 2012. V. 536. P. 197 - 206.

Sheremetyev V., Kudryashova A., Dubinskiy S. et al. Structure and functional properties of metastable beta Ti - 18Zr - 14Nb (at.%) alloy for biomedical applications subjected to radial shear rolling and thermomechanical treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 737. P. 678 - 683.

Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V. et al. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti - 18Zr - 14Nb (at.%) alloy for bone implants: Microstructure, texture and functional properties // Journal of Alloys and Compounds. 2019. V. 800. P. 320 - 326.

Бернштейн М. Л., Добаткин С. В., Капуткина Л. М., Прокошкин С. Д. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства стали. М.: Металлургия, 1989.

Bai X. F., Zhao Y. Q., Zeng W. D. Characterization of hot deformation behavior of a biomedical titanium alloy TLM // Materials Science and Engineering A. 2014. V. 598. P. 236 - 243.

Warchomicka F., Poletti C., Stockinger M. Study of the hot deformation behaviour in Ti - 5Al - 5Mo - 5V - 3Cr - 1Zr // Materials Science and Engineering A. 2011. V. 528. P. 8277 - 8285.

Balasubrahmanyam V. V., Prasad Y. V. R. K. Deformation behaviour of beta titanium alloy Ti - 10V - 4.5Fe - 1.5Al in hot upset forging // Materials Science and Engineering A. 2002. V. 336(1 - 2). P. 150 - 158.

Салтыков С. А. Стереометрическая металлография / Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986. 272 с.

Shuanglei Li, Yeon-wook, Kim Mi-seon Choi, et al. Microstructure, mechanical and superelastic behaviors in Ni-free Ti - Zr - Nb - Sn shape memory alloy fibers prepared by rapid solidification processing // Materials Science and Engineering A. 2020. V. 782. A. 139283.

Золоторевский В. С. Механические свойства металлов / Учебник для вузов. М.: МИСиС, 1998. 400 с.

Та Динь Суан, Шереметьев В. А., Кудряшова А. А. и др. Сравнительное исследование горячей радиально-сдвиговой прокатки заготовок из сверхупругого сплава системы Ti - Zr - Nb и серийного сплава ВТ6 методом QForm-моделирования // Известия вузов. Цветная металлургия. 2020. № 6. С. 32 - 43.

Brailovski V., Kalinicheva V., Letenneur M. et al. Control of density and grain structure of a laser powder bed-fused superelastic Ti - 18Zr - 14Nb alloy // Metals. 2020. V. 10(12). A. 1697.

Brailovski V., Prokoshkin S., Gauthier M. et al. Bulk and porous metastable beta Ti - Nb - Zr(Ta) alloys for biomedical applications // Materials Science and Engineering C. 2011. V. 31. P. 643 - 657.

Дубинский С. М., Прокошкин С. Д., Браиловский В. и др. Формирование структуры при термомеханической обработке сплавов Ti - Nb - Zr(Ta) и проявление эффекта памяти формы // Физика металлов и металловедение. 2011. № 5. С. 503 - 516.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2021.8.3-12

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024