Сучасна електрометалургія, 2023, №02



2023 №02 (07)

DOI of Article 10.37434/sem2023.02.01

2023 №02 (02)

---

Сучасна електрометалургія, 2023, #2, 5-13 pages

Електронно-променева плавка сплавів титану медичного призначення

В.О. Березос, Д.С. Ахонін

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
На основі встановлених закономірностей процесів випаровування легуючих елементів і кристалізації при електронно-променевій плавці визначено режими плавки та відпрацьовано технологію одержання бездефектних та хімічно однорідних зливків перспективного титанового сплаву медичного призначення Ti−6Al−7Nb з гомогенною дрібнозернистою структурою, в якій відсутні будь-які прояви слідів зональної ліквації. Дослідженнями мікроструктури показано, що сплав Ti−6Al−7Nb є двофазним титановим α+β-сплавом мартенситного типу, в якому на границях первинних β-зерен спостерігаються виділення прошарків α-фази товщиною 1…2 мкм, а в тілі зерна — формування пластинчастої (відманштеттової) морфології виділень α- та β-фаз, протяжність яких всередині зерен становить 10…40 мкм. Така структура забезпечує найкраще поєднання механічних характеристик сплаву, а саме — високі значення міцності (905 МП а) і пластичності (13,5 %), що відповідають вимогам міжнародних стандартів для титанових сплавів медичного призначення. Бібліогр. 20, табл. 3, рис. 12.
Ключові слова: сплави титану; електронно-променева плавка; медицина; випаровування; хімічний склад; структура; механічні властивості

Received 11.04.2023

Список літератури

1. Kawahara, H. (1992) Cytotoxicity of implantable metals and alloys. Bull. Jpn. Inst. Met. Mater., 31, 1033–1039.
2. Okazaki, Y., Ito, Y., Ito, A., Tateishi, T. (1993) Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. Ibid., 57, 332–337.
3. Niinomi, M. (2000) Development of high biocompatible titanium alloys. Func. Mater., 20, 36–44.
4. Mutsuo, Niinomi (2007) Titanium alloys for biomedical, dental and healthcare application. In: Proc. of 11th World Conf. on Тitanium (Kyoto, Japan 3–7 June 2007). The Japan Inst. of Metals, 1417–1424.
5. Robert, B. Heimann (2020) Materials for medical application. De Gruyter STEM. DOI: https://doi. org/10.1515/9783110619249
6. Fellah, Mamoun, Labaïz, Mohamed, Assala, Omar et al. (2014) Tribological behavior of Ti–6Al–4V and Ti–6Al–7Nb alloys for total hip prosthesis. Advances in Tribology, July, 1–13. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/451387.
7. Chlebus, Edward, Kuźnicka, Bogumiła, Kurzynowski, Tomasz, Dybała, Bogdan (2011) Microstructure and mechanical behaviour of Ti–6Al–7Nb alloy produced by selective laser melting. Materials Characterization, 62(5), 488–495. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchar.2011.03.006
8. Liu, Xuanyong, Chu, Paul K., Ding, Chuanxian (2004) Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications. Materials Sci. and Eng.: R: Reports, 47(3), 49–121. DOI: https://doi.org/10.1016/j. mser.2004.11.001
9. López, M.F, Gutiérrez, A., Jiménez, J.A (2002) In vitro corrosion behaviour of titanium alloys without vanadium. Electrochimica Acta, 47(9), 1359–1364. DOI: https://doi. org/10.1016/S0013-4686(01)00860-X
10. Ajeel, Sami Abualnoun, Alzubaydi, Thair L., Swadi, Abdulsalam K. (2007) Influence of heat treatment conditions on microstructure of Ti–6Al–7Nb alloy as used surgical implant materials. Eng. and Technology J., 25(3), 431–442.
11. Kobayashi, E., Wang, T.J., Doi, H. et al. (1998) Mechanical properties and corrosion resistance of Ti–6Al–7Nb alloy dental castings. J. of Materials Sci.: Materials in Medicine, 9(10), 567–574. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1008909408948
12. Bolzoni, Leandro, Hari Babu, N., Ruiz-Navas, Elisa Maria, Gordo, Elena (2013) Comparison of microstructure and properties of Ti–6Al–7Nb alloy processed by different powder metallurgy routes. Key Eng. Materials, 551, 161–179. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.551.161
13. Oliveira, V., Chaves, R.R., Bertazzoli, R., Caram, R. (1998) Preparation and characterization of Ti–Al–Nb alloys for orthopedic implants. Brazilian J. of Chemical Eng., 15(4), 326–333. DOI: https://doi.org/10.1590/S0104-66321998000400002
14. Paton, B.E., Trigub, N.P., Akhonin, S.V., Zhuk, G.V. (2006) Electron beam melting of titanium. Kyiv, Naukovan Dumka [in Russian].
15. Grechanyuk, N.I., Kulak, L.D., Kuzmenko, N.N. et al. (2017) Melting of ingots of Ti–Nb–Si–Zr system titanium alloys by the method of electron beam melting. Suchasna Elektrometal., 2, 17–20. DOI: https://doi.org/10.15407/sem2017.02.03
16. Akhonin, S.V., Trigub, N.P., Zamkov, V.N., Semiatin, S.L. (2003) Mathematical modeling of aluminum evaporation during electron-beam cold-hearth melting of Ti6Al4V ingots. Metallurgy and Materials Transact. B, 34B, 447‒454.
17. Akhonin, S.V., Severin, A.Yu., Berezos, V.A., Erokhin A.G. (2013) Mathematical modelling of evaporation processes in melting of ingots of multicomponent titanium alloys in electron beam equipment with a cold hearth. Advances in Electrometallurgy, 4, 288–295.
18. Varich, I.Yu., Akhonin, S.V., Trigub, N.P., Kalinyuk, A.N. (1997) Evaporation of aluminium from titanium-based alloys during process of electron beam cold hearth melting. Problemy Spets. Elektromatellurgii, 4, 15–21 [in Russian].
19. Zhukhovitsky, A.A., Shvartsman, L.A. (1976) Physical chemistry. Moscow, Metallurgiya [in Russian].
20. Schiller, Z., Haising, U., Pantser, Z. (1980) Electron beam technology. Moscow, Energiya [in Russian].

---

Реклама в цьому номері:

---