Medicīniskās TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes defektu analīze

Kopsavilkums: Pārbaudot ar zemu palielinājumu, noteiktai medicīniskai TC4ELI titāna sakausējuma plāksnei tika konstatēti spilgtas joslas defekti. Defektu veidi un cēloņi tika analizēti, izmantojot metalogrāfisko izmeklēšanu, skenējošo elektronu mikroskopa analīzi, enerģijas spektra analīzi un cietības testu. Rezultāti Tas parāda, ka šis defekts ir ar titānu bagāts + intersticiālu elementu segregācijas defekts, ko izraisa titāna sūkļa nevienmērīgais daļiņu izmērs un nevienmērīgais starpsakausējuma maisījuma sadalījums titāna sakausējuma lietņu ražošanas procesā. Šo defektu ieteicams samazināt vai novērst, kontrolējot izejvielas un kausēšanas procesu. defekts.

TC４ELI titāna sakausējums ir kļuvis par medicīnisko ķirurģisko implantu, pateicoties tā labajai biosaderībai, zemam elastības modulim, zemam blīvumam, labām pretkorozijas īpašībām, netoksicitātei, augstai tecēšanas robežai, ilgam noguruma mūžam, lielai plastiskumam telpā. temperatūra un viegla formēšana. Ideāls materiāls medicīnas ierīcēm [1-2]. Medicīniskās TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes galvenokārt tiek izmantotas galvaskausa remontam, kaulu potēšanai utt., kam ir augstākas prasības attiecībā uz izturību, noguruma ilgumu, plastiskumu utt. Saskaņā ar GB/T 13810-2017«Ķirurģiskā implantācija Titāna un titāna sakausējumu apstrāde materiāli medicīniskai lietošanai», ja implantu izstrādājumos izmantoto titāna sakausējuma materiālu maza palielinājuma struktūrā tiks konstatēta segregācija, metāliski vai nemetāliski ieslēgumi un citi vizuāli redzami metalurģiski defekti, produktu partija tiks atzīta par nekvalificētu .Segregācija ir titāna sakausējuma materiālu nevienmērīga mikroreģiona sastāva izpausme struktūrā. Medicīniskā TC4ELI plāksne ir + tipa divfāzu titāna sakausējums. Ja tā mikroreģiona sastāvs ir nevienmērīgs, tas izraisīs anomālijas makro un mikrostruktūrā, kas novedīs pie novirzēm. Pastāv ievērojama cietības atšķirība starp parasto laukumu un parasto laukumu, kas novedīs pie nevienmērīgas titāna sakausējuma materiāla vispārējās veiktspējas, tādējādi samazinot materiāla izturību, noguruma kalpošanas laiku un plastiskumu, un galu galā novedot pie materiāla agrīnas sabojāšanās [{{ 13}}].

Novērojot noteiktu medicīnisko TC4ELI titāna sakausējuma plāksni ar zemu palielinājumu, tika konstatēts neparasts joslas formas laukums, kura platums bija aptuveni 5 mm. Kad daļa no tā tika pārtverta un novērota ar mazu palielinājumu, tika konstatēts, ka joslas formas laukums bija spilgta josla. Lai precīzi noteiktu defekta veidu, ir nepieciešams identificēt defektu. Autors ir izpētījis un analizējis cēloņus.

1 Fizikālā un ķīmiskā pārbaude
1.1 Metallogrāfiskā pārbaude
Izmantojiet Observer. AIM tipa ZEISS metalogrāfiskais mikroskops tika izmantots, lai veiktu TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes spilgtās joslas laukuma un normālā laukuma metalogrāfisko izmeklēšanu. Kā redzams 2. attēlā, spilgtās joslas laukums ir vienfāzes līdzsvarota struktūra, kas parāda segregācijai līdzīgas struktūras īpašības, savukārt parastais laukums ir tipiska TC4ELI titāna sakausējuma struktūrā, kas apstrādāts + divfāžu reģionā, visas sākotnējās graudu robežas ir pilnībā pārkāptas, tāpēc var noteikt, ka spilgtās joslas laukums ir segregācijas defekts.

1.2. Skenējošās elektronu mikroskopijas analīze
JSMG6700 aukstā lauka emisijas skenēšanas elektronu mikroskops (SEM) tika izmantots, lai analizētu TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes spilgtās joslas laukuma un normālā laukuma morfoloģiju. Kā redzams 3. attēlā, vienfāzes līdzsvarotā struktūra spilgtās joslas apgabalā ir skaidrāka, un normālais laukums parāda + Divfāzu apgabala apstrādātās struktūras raksturlielumi atbilst metalogrāfiskās izmeklēšanas rezultātiem, un tālāk tiek noteikts, ka spilgtās joslas laukums ir segregācijas defekts.

1.3. Enerģijas spektra analīze
Enerģijas spektrometrs (EDS), kas pievienots skenējošajam elektronu mikroskopam, tika izmantots, lai veiktu mikrokomponentu analīzi TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes spilgtās joslas zonā un normālā zonā. Analīzes rezultāti parādīti 1. tabulā. Var redzēt, ka vanādija saturs normālā zonā ir nedaudz augstāks par standarta vērtību. Turklāt citu elementu saturs atbilst GB/T 3620 prasībām.1-2016 "Titāna un titāna sakausējumu markas un ķīmiskie sastāvi"; titāna, alumīnija un vanādija saturs spilgtās joslas zonā neietilpst standarta diapazonā, un ir acīmredzams ar titānu bagāts saturs. , kurā ir maz alumīnija un vanādija, un skābekļa elementa saturs ir standarta diapazona augšējā robeža, tiek uzskatīts, ka TC4ELI titāna sakausējuma plāksnei ir ar titānu bagāti segregācijas defekti.

1.4 Cietības tests
Titāna sakausējumu segregāciju var iedalīt cietajā segregācijā (segregācijas daļas cietība ir augstāka par parastās zonas cietību, kas pazīstama arī kā trauslā segregācija) un mīkstajā segregācijā (segregācijas daļas cietība ir zemāka par atdalīšanas daļas cietību). normālā zona) saskaņā ar atšķirību starp segregācijas daļas cietību un normālo zonu. Zināms arī kā netrausla segregācija). Micro-Vickers cietības testi tika veikti ar TC4ELI titāna sakausējuma plāksnes spilgtās joslas laukumu un normālu laukumu. Izmērītie rezultāti bija attiecīgi 383HV un 327HV. Var redzēt, ka spilgtās joslas zonas cietība ir ievērojami augstāka nekā parastajā zonā. Segregācijas veids spilgtās joslas zonā ir trausla segregācija[11].
2 Analīze un diskusija
TC4ELI titāna sakausējuma loksnes spilgtais joslas laukums ir segregācijas defekts. Šo defektu izraisa nepilnīga starpposma sakausējuma daļiņu sakausēšana. Tā ir ar titānu bagāta segregācija, taču tā nav izplatīta ar titānu bagāta segregācija, jo ar titānu bagātā segregācijas zonas cietībai jābūt zemākai par parasto laukumu [12], un segregācijas defekta zonas cietībai ( spilgtas joslas laukums) TC4ELI titāna sakausējuma loksnē ir augstāks par parasto laukumu, kas atbilst intersticiālo elementu segregācijas īpašībām. Intersticiālie elementi īpaši attiecas uz skābekli, oglekli un slāpekli. elementi. Augstais skābekļa saturs segregācijas defekta zonā apstiprina šo rezultātu. Intersticiālo elementu bagātināšana paaugstinās titāna sakausējumu beta fāzes transformācijas temperatūru, palielinās alfa fāzes cietību un padarīs materiālu trauslu. Rezumējot, TC4ELI titāns Sakausējuma loksnēs sastopamo segregācijas defektu veids ir ar titānu bagāts + intersticiālu elementu segregācija.
Šī segregācijas defekta cēlonis galvenokārt ir saistīts ar titāna sakausējuma kausēšanas procesu. Segregācijas defekts jau izveidojies lietņu ražošanā. Pašlaik Ķīnas titāna sakausējuma ražošanas uzņēmumi parasti izmanto trīskāršu vakuumkausēšanas patērējamo elektriskā loka krāsns kausēšanas metodi, kas tiek izmantota elektrodu sagatavošanas procesā. Nepareiza lietošana var viegli izraisīt metāla piesārņojumu vai ugunsizturīgu oksīdu un nitrīdu veidošanos. Nepareiza strāvas un sprieguma izvēle izraisīs kušanas zonas nespēju sasniegt termisko līdzsvaru kušanas procesa laikā, kā arī izraisīs izmaiņas izkausētā baseina dziļumā, kā rezultātā titāna sūkļa daļiņu izmērs būs nevienmērīgs. Galvenā sakausējuma maisījuma nevienmērīgais sadalījums izraisīs sakausējuma elementu bagātināšanu un izsīkšanu materiāla lokālajās zonās, izraisot fāzes transformācijas punkta novirzi šajā zonā. Turpmākajā karstās apstrādes procesā tas pakāpeniski pārtaps par neparastu struktūru un veidos segregācijas defektus. [12G18].
3 Secinājumi un priekšlikumi
TC4ELI titāna sakausējuma loksnēm ir ar titānu bagāti + intersticiālu elementu segregācijas defekti. Šo defektu izraisa nevienmērīgais titāna sūkļa daļiņu izmērs un nevienmērīgais starpposma sakausējuma maisījuma sadalījums titāna sakausējuma lietņu ražošanas procesā.
Šādus defektus ieteicams samazināt vai novērst, pastiprinot izejvielu un maisījumu kontroli, kā arī sprieguma un strāvas izvēli elektrodu sagatavošanas un kausēšanas procesos.
atsauces:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Medicīnisko titāna sakausējumu bioloģiskās saderības pētījumi[J]. Medicīnas pētījumu žurnāls, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei uc Jaunu medicīnisko titāna sakausējumu bioloģiskās saderības novērtējums[J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Van Veimins, Lins Šaohua, Cao Jimins u.c. Termiskās apstrādes tehnoloģijas ietekme uz medicīnisko TC4 sakausējuma stieņu mikrostruktūru[J]. Titanium Industry Progress, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Vans Veimins, Lins Šaohua, Li Lei uc Ti6Al4V (ELI) sakausējuma stieņu sastāvs, struktūra un mehāniskās īpašības ķirurģiskiem implantiem [J]. Ķīniešu krāsaino metālu žurnāls, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua u.c. Jaunu medicīnisko titāna sakausējuma materiālu ķirurģiskiem implantiem projektēšanas, izstrādes un pielietošanas pašreizējais stāvoklis un progress [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong u.c. Jaunu biomedicīnas titāna sakausējumu struktūras un īpašību pētījumi[J]. Biomedicīnas inženierija un klīnika, 2013, 17(6): 610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie utt. Medicīnisko TC4 titāna sakausējuma stieņu mikrostruktūras kontrole un U veida nagu saraušanās veiktspēja [J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rongs, Vei Dongs, Sju Lu u.c. TA3 titāna sakausējuma kaulu plākšņu lūzumu analīze ķirurģiskai implantācijai [J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizika), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai uc Pētījumi par TiG6AlG4VELI titāna sakausējuma īpašībām muguras augšējai stieplei[J]. Termiskās apstrādes tehnoloģija, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing uc Pētījumi par TiG6AlG4V ELI sakausējuma loksnes mikrostruktūru un mehāniskajām īpašībām[J]. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Džans Li, Šen Liangs, Li Ruivens u.c. Mikroskopiskais Vickers cietības tests VG5CrG5Ti sakausējuma ar titānu bagātās fāzes nokrišņu zonai[J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizikas apjoms), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Bieži sastopamo segregācijas defektu analīze - divfāzu titāna sakausējuma stieņos[J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizika), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi uc Titāna sakausējuma metalurģisko defektu analīzes piemērs[J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizikas sējums), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi uc Spilgto un tumšo svītru raksturojums un kontrole uz TC11 titāna sakausējuma asmeņiem[J]. Materiālu inženierija, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. Spilgto svītru defektu analīze TC4 titāna sakausējuma stieņos[J]. Fizikālā un ķīmiskā pārbaude (fizika), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Vu Džunfens. TC11 titāna sakausējuma stieņa plaisāšanas cēloņu analīze[J]. Fizikālā un ķīmiskā pārbaude (Physics Volume), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Augstas stiprības titāna sakausējuma skrūvju lūzuma analīze [J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizikas apjoms), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying u.c. Niķeļa-titāna stieples pārrāvuma cēloņu analīze[J]. Fizikālā un ķīmiskā testēšana (fizikas apjoms), 2018, 54(11):829G832.