Faktory ovlivňující a zlepšující metody superelasticity slitiny titanu

Maximální zotavovací napětí (εr) slitiny Ti-Ni může dosáhnout 8.0 %, vykazuje vynikající efekt tvarové paměti a superelasticitu a je široce používána jako kostní dlahy, vaskulární lešení a ortodontické rámy. Když je však slitina Ti-Ni implantována do lidského těla, může uvolňovat Ni+, který je senzibilizující a karcinogenní, což vede k vážným zdravotním problémům. titanová slitina má dobrou biologickou kompatibilitu, odolnost proti korozi a nízký modul pružnosti a po rozumném tepelném zpracování může získat lepší pevnost a plasticitu, je to druh kovového materiálu, který lze použít k náhradě tvrdých tkání. Současně v některých titanových slitinách existuje reverzibilní termoelastická martenzitická transformace, která vykazuje určité superelastické efekty a efekty tvarové paměti, což dále rozšiřuje její uplatnění v biomedicínské oblasti. Vývoj slitiny titanu, která je složena z netoxických prvků a má vysokou elasticitu, se v posledních letech stal ohniskem výzkumu slitiny lékařského titanu.
V současné době bylo vyvinuto mnoho -titanových slitin se superelasticitou a efekty tvarové paměti při pokojové teplotě, jako jsou slitiny Ti-Mo, Ti-Ta, Ti-Zr a Ti-Nb. Superelastická výtěžnost těchto slitin je však malá, jako je maximální εr Ti-(26, 27)Nb (26 a 27 jsou atomové frakce, pokud nejsou speciálně označeny, komponenty titanové slitiny zahrnuté v tomto článku jsou atomové frakce) je pouze 3.{11}} %, mnohem nižší než slitina Ti-Ni. Jak dále zlepšit superelasticitu titanové slitiny je naléhavým problémem, který je třeba vyřešit. V tomto článku jsou analyzovány faktory ovlivňující superelasticitu titanové slitiny a jsou systematicky shrnuty metody pro zlepšení superelasticity.
Superelasticita 1.1 Reverzibilní martenzitická transformace 1 titanových slitin vyvolaná napětím
Superelasticita titanových slitin je obvykle způsobena reverzibilní martenzitickou transformací vyvolanou napětím, to znamená, že fáze tělesa centrované kubické příhradové struktury se při zatížení přemění na " fázi kosočtverečné příhradové struktury. Při odlehčení se “ fáze se změní na fázi a napětí se obnoví. V superelastické titanové slitině se fáze kubické struktury zaměřené na tělo nazývá "austenit" a fáze kosočtverečné struktury se nazývá "martenzit". Počáteční teplota martenzitické fázové přeměny, koncová teplota martenzitické fázové přeměny, počáteční teplota austenitové fázové přeměny a konečná teplota austenitové fázové přeměny jsou vyjádřeny Ms, Mf, As a Af a Af je obvykle několik kelvinů až desítek Kelvina vyšší než Ms. Proces zatěžování a vyjímání titanové slitiny s martenzitickou transformací vyvolanou napětím je znázorněn na obrázku 1. Nejprve dochází k elastické deformaci fáze, která se při dosažení zatížení přemění na fázi ve formě smyku. kritické napětí (σSIM) potřebné k vyvolání přechodu martenzitické fáze. Jak se zatížení zvyšuje, přechod martenzitické fáze ( → ") pokračuje, dokud není dosaženo napětí potřebného pro konec (nebo konec) přechodu martenzitické fáze. dojde k elastické deformaci fáze ". Když se zatížení dále zvýší nad kritické napětí potřebné pro fázový skluz (σCSS), dojde k plastické deformaci fáze. Během odlehčení způsobuje kromě elastického zotavení „fáze a fáze“ → fázový přechod také obnovu napětí. Superelastický nebo tvarově paměťový efekt slitiny závisí na vztahu mezi teplotou fázového přechodu a teplotou testu. Když je Af o něco nižší než zkušební teplota, fáze indukovaná napětím během zatěžování prochází → fázovým přechodem během odlehčování a deformace odpovídající fázovému přechodu vyvolanému napětím se může zcela obnovit a slitina vykazuje superelasticitu. Když je zkušební teplota mezi As a Af, část fáze se během odlehčování přemění na fázi a obnoví se deformace odpovídající fázovému přechodu vyvolanému napětím a slitina vykazuje určitou superelasticitu. Pokud se slitina dále zahřívá nad Af, zbývající fáze se přemění na fázi, deformace fázového přechodu se zcela obnoví a slitina vykazuje určitý efekt tvarové paměti. Když je zkušební teplota nižší než As, martenzitická transformace vyvolaná napětím deformace se automaticky neobnoví při testovací teplotě a slitina nemá superelasticitu, ale když se slitina zahřeje nad Af, deformace při změně fáze se zcela obnoví a slitina vykazuje efekt tvarové paměti.