林家祥 崔彪 杨文汇 蓝春波

摘 要：采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-38Nb-4Zr-xO（x=0，0.3，0.6（质量分数））3种合金进行熔炼，并将他们分别在900、500 ℃下进行固溶时效1 h处理，运用金相显微镜（optical microscopy， OM）、X射线衍射仪（X-ray diffractometer， XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope， SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope， TEM）、纳米压痕仪（nanoindenter）、静态热机械分析仪（thermo-mechanical analyzer， TMA）和万能试验机（universal testing machine， UTM）对Ti-38Nb-4Zr-xO合金进行表征，探究氧（O）含量变化对固溶时效合金组织及性能的影响。结果表明：固溶处理后Ti-38Nb-4Zr-xO合金均未检测到淬火马氏体α"相存在，他们均呈现出单一β相组织，其晶粒尺寸大小随着O含量增加而减小；经时效处理后，Ti-38Nb-4Zr-xO合金析出ω相和α相，同时O会延缓（或抑制）上述两相的分解；添加O和固溶时效处理均能使Ti-38Nb-4Zr-xO合金的抗拉强度、弹性模量和硬度提升，O的质量分数在0～0.6范围内，固溶态下每增加0.1的O元素，抗拉强度约提升50 MPa，弹性模量约提升1.5 GPa。

关键词：Ti-38Nb-4Zr-xO合金；氧含量；固溶处理；时效处理

中图分类号：TG146.4 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.03.015

0 引言

在过去的数年，β钛（β-Ti）合金由于其低杨氏模量和超弹性而在生物材料中备受关注。Gum Metal的问世颠覆了人们对传统β-Ti合金的看法，其表现出的优异的综合性能与氧（O）的添加量关系密切，也引起了各国学者的争相研究[1-2]。间隙元素和固溶时效处理均能有效强化β-Ti合金，但在此过程中存在显微组织差异。

截至目前，O属于何种稳定元素仍存在不小争论，添加O可以增加β相的稳定性，对第二相析出机制有很大影响。利用合金元素在高温下的固溶度和析出行为，将β-Ti合金进行加O和固溶时效处理，两者相互影响，需要综合考虑，以改善材料的力学性能。……