16155

16155

اثر عمليات حرارتي بر ساختار و خواص مكانيكي آلياژ TMZF

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

ارديبهشت ماه 1395

ارديبهشت ماه 1395

دكتر ابوطالبي - دكتر سيدين

دكتر عباسي

مواد و متالورژي

چكيده تيتانيم و آلياژهاي آن كاربرد وسيعي در ساخت ايمپلنت¬هاي ارتوپدي و پزشكي دارند. علت اين امر، دارا بودن تركيبي از خواص مطلوب مانند نسبت استحكام به وزن بالا، مدول الاستيك پايين، مقاومت به خوردگي بسيار بالا و زيست سازگاري خوب مي¬باشد. تيتانيم خالص تجاري با وجود داشتن زيست سازگاري مناسب، استحكام پاييني دارد و از اين رو، روند تحقيق بر روي آلياژهاي گوناگون تيتانيم شكل گرفته است. در پژوهش حاضر، به عمليات حرارتي يكي از آلياژهاي تيتانيم بتا به نام TMZF (Ti-12Mo-6Zr-2Fe) كه در پزشكي كاربرد دارد، پرداخته شده است. هدف از انجام اين تحقيق، دستيابي به تركيب مناسبي از استحكام، انعطاف¬پذيري، مدول الاستيك و سختي در آلياژ، ايجاد ساختار زمينه يكنواخت (دانه¬هاي ريز تبلور مجدد يافته بتا)، رسوب¬گذاري فاز آلفاي ريز به صورت همگن و جلوگيري از تشكيل فاز امگا تا حد امكان بوده است. پس از انجام مراحل ذوب و آلياژسازي و توليد شمش در كوره VAR، نورد گرم در دو مرحله روي شمش انجام شد. سپس نمونه¬هايي از آن براي انجام آزمايش¬ها برش داده شدند. بر نمونه¬ها آنيل در دماهاي مختلف اعمال شد تا مناسب¬ترين دماي آنيل به دست آيد. در مرحله بعد، پس از آنيل، نورد سرد با دو مقدار كاهش 18% و 26% روي برخي نمونه¬ها انجام شد و در پايان، همه نمونه¬هاي آماده شده در دماها و زمان¬هاي مختلف تحت پيرسازي قرار گرفتند. دماي C°770 به عنوان مناسب¬ترين دما براي انجام آنيل انتخاب شد. در نمونه¬هاي پير شده در كمتر از C°500 رسوب امگا تشكيل شد و در نمونه¬هايي كه در بيشتر از اين دما پير شدند، رسوب α تشكيل شد. همچنين، نتيجه گرفته شد كه در زمان پيرسازي 6 ساعت، دماي C°350 و C°450 بيشترين سخت¬شوندگي را به ترتيب به مقدار HV509 و HV66/506 در آلياژ ايجاد مي-كنند. با اين وجود، فاز امگا داكتيليته را بسيار كاهش مي¬دهد. انجام كار سرد قبل از پيرسازي تاثير چنداني بر خواص آلياژ نداشت. در مجموع، مي¬توان پيرسازي در C°500 به مدت 6 ساعت را از ميان شرايط آزمايش شده در اين تحقيق، مناسب¬ترينِ آن¬ها براي پيرسازي اين آلياژ دانست. واژه‌هاي كليدي: آلياژ تيتانيم بتا، عمليات حرارتي، پيرسازي، كار سرد

1395/09/29

Abstract: Titanium an​d its alloys have an extensive application in manufacturing orthopedic an​d medical implants. This is because of having a combination of high strength to weight ratio, low elastic modulus, very high resistance to corrosion an​d good biocompatibility. Although having good biocompatibility, commercial pure titanium has low strength. So the trend of studying different titanium alloys has been emerged. In the present research, heat treating of a biomedical beta titanium alloy, TMZF (Ti-12Mo-6Zr-2Fe), has been done. The purpose of this research is to achieve an appropriate combination of strength, flexibility, elastic modulus an​d hardness for the alloy, to develop a homogeneous matrix structure (recrystallized fine beta grains), to precipitate fine alpha phase homogeneously an​d to prevent from the formation of omega phase as much as possible. After melting an​d alloying an​d ingot production, the ingot was hot rolled in two steps. Then, several samples were cut for the following tests. The samples were annealed in different temperatures to obtain the best temperature. Next, after annealing, some samples were cold rolled to two reduction percents of 18% an​d 26% an​d finally, all the prepared samples were aged in different temperatures an​d times. 770°C was chosen as the best temperature for annealing. In the samples aged below 500°C, omega precipitation formed an​d in the samples aged above this temperature, α precipitation formed. Also, it was concluded that in the aging time of 6 hours, 350°C an​d 450°C cause the most hardening in the alloy as much as 509HV an​d 506.66HV resppectively. However, the omega phase reduces the ductility. Cold rolling before aging did not have much effect on the properties of the alloy. Generally, among the conditions tested in this research, aging in 500°C for 6 hours can be known the most appropriate for aging of this alloy. Keywords: beta titanium alloy, heat treatment, aging, cold work