二元Ti-Nbβ鈦合金的塑性變形機制.pdf

1、Ti-Nb系β鈦合金具有良好的生物相容性、低彈性模量、高強度、良好耐磨性和耐腐蝕性等，可作為人體植入物，是最理想的醫(yī)用鈦合金之一。研究二元βTi-Nb合金的變形機制，有助于理解多元β Ti-Nb合金的塑性變形行為和設計力學性能優(yōu)良的β Ti-Nb合金。另外，β鈦合金中孿晶、ω相和α"相都存在多種等效位向的變體，這使得電子衍射分析變得復雜和困難。本文首先通過分析β鈦合金中各相位向關系并模擬各種復合衍射花樣，以有效分析實際的復雜衍射花樣；用

2、透射電子顯微技術系統(tǒng)研究了成分分別為Ti-40Nb、Ti-50Nb、Ti-65Nb、Ti-85Nb（質量分數）的β鈦合金的相穩(wěn)定性、塑性變形機制，并探討相穩(wěn)定性對塑性變形機制的影響。得到以下主要結論：
　　1、基體β相中存在4種位向的{112}<111>孿晶（即4個變體）、4個ω相變體及6個α"相變體，每個位向的{112}<111>孿晶或ω相有3個可能的共<111>軸的{112}慣習面。衍射花樣模擬結果表明，分別在基體[011]、

3、[012]和[1-13]三個晶帶軸下：4個位向的{112}<111>孿晶中都只有2個同時出現與基體花樣呈孿晶對稱關系的衍射花樣；4個ω變體中均只有2個同時出現可反映位向關系的衍射花樣；ω相的衍射規(guī)律與{112}<111>孿晶完全相同，即當入射電子束與任意一個可能的慣習面平行，特征斑點就會顯現。在基體[100]、[011]、[1-13]三個晶帶軸下，6個α"變體中分別只有2個、1個、3個同時出現特征斑點。實驗中拍到的ω、α"電子衍射花樣比

4、模擬花樣斑點更多，說明發(fā)生了二次衍射。
　　2、透射電鏡分析可知，Ti-40Nb塑性變形時發(fā)生應力誘發(fā)α"相變和位錯滑移，Ti-50Nb塑性變形時主要發(fā)生{112}<111>孿生和應力誘發(fā)ω相變，不僅可以產生單方向的孿晶和ω板條，還能產生V形ω、Z形孿晶-ω板條，Ti-65Nb中主要發(fā)生位錯滑移，有極少量的應力誘發(fā)ω相變，Ti-85Nb塑性變形時只有位錯滑移。非熱ω相的相對衍射強度變化表明，Ti-Nb合金中β相穩(wěn)定性隨著Nb含量增

5、加而升高。因此：當β相穩(wěn)定性較低時，βTi-Nb合金塑性變形時容易發(fā)生α"馬氏體相變；當β相穩(wěn)定性適中時，容易發(fā)生應力誘發(fā)ω相變和{112}<111>孿生；當β相穩(wěn)定性進一步升高時，塑性變形只能通過位錯滑移進行。
　　3、Ti-50Nb中的Z形組織中，一個方向板條全是{112}<111>孿晶另一個方向板條全是ω相，慣習面分別為(1-21)和(11-2)，該特殊結構的形成過程如下：首先，(1-21)面上一個1/2[111]螺位錯可以

6、分解為3個1/6[111]不全位錯，1/6[111]位錯在連續(xù)的(1-21)面上滑移，形成(1-21)[111]孿晶。當1/6[111]不全位錯運動到(0-11)面時被阻礙，應力上升迫使擴展位錯收縮成新的1/2[111]螺位錯并交滑移到(11-2)面。1/2[111]螺位錯分解為1/12[111]、1/3[111]和1/12[111]不全位錯并分別在連續(xù)的(11-2)面上滑移，形成了ω相。由此交替反復，便形成了規(guī)則排布的Z形孿晶-ω板條