【摘 要】
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TNTZ钛合金作为Ti-Nb-Zr-Ta系的新型医用β型钛合金,因其低弹性模量、良好的耐磨性和生物相容性、无毒,被广泛用于人工关节、骨骼移植、肢节固定物等生物医用材料领域,具有极其重要的医用价值。本文以TNTZ钛合金为研究对象,系统地研究其高温变形行为、本构模型,并基于不同判据构建加工图,研究结果对TNTZ钛合金的工艺参数优化、性能改善等具有指导意义。借助Gleeble-3500型热模拟机对TNT
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TNTZ钛合金作为Ti-Nb-Zr-Ta系的新型医用β型钛合金,因其低弹性模量、良好的耐磨性和生物相容性、无毒,被广泛用于人工关节、骨骼移植、肢节固定物等生物医用材料领域,具有极其重要的医用价值。本文以TNTZ钛合金为研究对象,系统地研究其高温变形行为、本构模型,并基于不同判据构建加工图,研究结果对TNTZ钛合金的工艺参数优化、性能改善等具有指导意义。借助Gleeble-3500型热模拟机对TNTZ钛合金进行变形温度为700～900℃、应变速率为0.001～1s-1范围内的等温恒应变速率压缩实验。通过分析不同变形条件对真应力-应变应力曲线的影响得出,流变应力随着变形温度的降低以及应变速率的增大,明显增大,表明该合金是温度和应变速率的较敏感材料。该曲线大多呈动态回复软化,且在应变速率为0.001s-1时,变形温度为700～750℃条件下,软化最为明显。基于Zener-Hollomon参数修正的Arrhenius本构模型如下:（?）=e27.26 sinh（0.00884σ）5.974 exp（-286075.168/3.14T）和采用PSO-BP神经网络对TNTZ钛合金建立不同的本构模型。结果显示,PSO-BP神经网络建立的本构模型更适用于该合金,该模型相关系数R和平均相对误差E分别为0.9962和2.61%,预测值在10%以内偏差占98.93%,该模型精确度较好。此外,TNTZ钛合金的热变形激活能Q为286.075kJ/mol。基于Prasad、Murty和Malas判据构建TNTZ钛合金的加工图,结合微观组织分析对比,发现基于Malas稳定判据的加工图对TNTZ钛合金的预测并不适用,且基于Murty失稳判据比Prasad失稳判据构建的加工图对稳定变形区和流变失稳区的预测更准确。结果表明:基于Murty失稳判据的加工图,TNTZ钛合金流变失稳区范围为:变形温度700～720℃、应变速率0.2～1s-1,变形温度720～800℃、应变速率0.018～1s-1,变形温度800～900℃、应变速率0.158～1s-1,主要表现为局部塑性流动;稳定变形区范围为:变形温度740～775℃、应变速率0.001～0.0562s-1;变形温度890～900℃、应变速率0.001～0.0316s-1,主要发生动态回复。通过结合微观组织观察分析,获得最佳加工工艺参数范围为:变形温度890～900℃、应变速率0.001～0.03 16s-1。
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