氢处理细晶钛合金的拉伸性能及其在牙科上的应用

研究简报

氢处理细晶钛合金的拉伸性能及其在牙科上的应用

氢处理是能够使钛合金晶粒尺寸达1 μm以下的为数较少的方法之一。利用这种方法可以使α+β型钛合金Ti-6Al-4V及富β的α+β型钛合金Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe获得晶粒尺寸小于0.5 μm的等轴细晶组织，使合金具有优异的超塑性能。日本学者中東潤对这两种合金进行氢处理，研究其常温性能及超塑拉伸性能，并用超塑成形方法试制了牙科修补用金属支架。

钛合金在氢气中加热至β相变点以上并保温一段时间后，水冷得到马氏体组织，然后在α+β两相区进行热加工，获得细针状马氏体组织。显微组织观察结果表明，Ti-6Al-4V合金的α晶粒尺寸为0.3～0.5 μm，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金的α晶粒尺寸为0.1～0.3 μm，而且大多数晶界为大角度晶界。室温拉伸试验表明，细晶Ti-6Al-4V合金比未经氢处理、经相同热加工得到的粗晶Ti-6Al-4V合金的屈服强度高(1 300 MPa对800 MPa)，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有这种强度提高的趋势。

不同温度下的超塑性变形试验表明，细晶Ti-6Al-4V合金在1 073 K下的延伸率达到6 620%，而粗晶Ti-6Al-4V合金在1 173 K下的仅为2 000%。细晶Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金在923 K下的延伸率达极大值10 600%。拉伸试验的应力-应变曲线表明，粗晶Ti-6Al-4V合金在923 K下的变形应力为276 MPa，而细晶Ti-6Al-4V合金在873 K下的变形应力为113 MPa，是细晶合金的一倍多。Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有相同的趋势。

用这种氢处理法制备了超塑性加工用Ti-6Al-4V合金薄板(φ40 mm×0.70 mm)。进行了牙科用金属支架的超塑成形试验，试验温度为1 123 K，加工压力分别为1.0、1.5、2.0 MPa。结果表明，加工压力为1.5 MPa时的应变速度最合适。压力为1.0 MPa时，顶部的形状不明显；压力为2.0 MPa时，发生部分断裂，无法加工；而当加工压力为1.5 MPa时可按模具的形状加工出牙科用金属构架。

今后为了提高加工精度，尚需进一步研究板厚对超塑成形性能的影响。

吴全兴摘译自《チタン》