Meditsiinilise TC4ELI titaanisulamist plaadi defektide analüüs

Kokkuvõte: Teatud meditsiinilisel TC4ELI titaanisulamist plaadil leiti väikese suurendusega kontrollimisel läbistavaid heledaid ribasid. Defektide tüüpe ja põhjuseid analüüsiti metallograafilise uuringu, skaneeriva elektronmikroskoobi analüüsi, energiaspektri analüüsi ja kõvaduse testimise teel. Tulemused See näitab, et see defekt on titaanirikka + interstitsiaalse elemendi eraldamise defekt, mis on põhjustatud titaankäsna ebaühtlasest osakese suurusest ja vahesulami segu ebaühtlasest jaotumisest titaanisulamist valuplokkide tootmisprotsessis. Soovitatav on seda defekti vähendada või kõrvaldada, kontrollides toorainet ja sulatusprotsessi. defekt.

TC４ELI titaanisulamist on saanud meditsiiniline kirurgiline implantaat tänu oma heale biosobivusele, madalale elastsusmoodulile, madalale tihedusele, headele korrosioonivastastele omadustele, mittetoksilisusele, kõrgele voolavuspiirile, pikale väsimuse elueale, suurele plastilisusele ruumis. temperatuur ja lihtne vormimine. Ideaalne materjal meditsiiniseadmete jaoks [1-2]. Meditsiinilisi TC4ELI titaanisulamist plaate kasutatakse peamiselt kolju parandamisel, luu siirdamisel jne, millel on kõrgemad nõuded tugevuse, väsimuse, plastilisuse jms osas. Vastavalt GB/T 13810-2017«kirurgiline implantatsioon Titaani ja titaanisulamite töötlemine meditsiiniliseks kasutamiseks mõeldud materjalid», kui implantaaditoodetes kasutatavate titaanisulamist materjalide väikese suurendusega struktuuris avastatakse segregatsiooni, metallilisi või mittemetallilisi lisandeid ja muid visuaalselt nähtavaid metallurgilisi defekte, hinnatakse tootepartii kvalifitseerimata .Segregatsioon on titaanisulamist materjalide mikropiirkonna ebaühtlase koostise ilming struktuuris. Meditsiiniline TC4ELI plaat on + tüüpi kahefaasiline titaanisulam. Kui selle mikropiirkonna koostis on ebaühtlane, põhjustab see kõrvalekaldeid makro- ja mikrostruktuuris, mis toob kaasa kõrvalekaldeid. Tavapiirkonna ja normaalpiirkonna kõvaduses on märkimisväärne erinevus, mis toob kaasa titaanisulamist materjali ebaühtlase üldise jõudluse, vähendades seeläbi materjali tugevust, väsimust ja plastilisust ning lõppkokkuvõttes materjali varajase rikkeni [{{ 13}}].

Teatud meditsiinilise TC4ELI titaanisulamist plaadi väikese suurendusega vaatluse käigus leiti ebanormaalne ribakujuline ala, mille laius oli umbes 5 mm. Kui osa sellest kinni võeti ja väikese suurendusega vaadeldi, leiti, et ribakujuline ala oli hele riba. Defekti tüübi täpseks kindlaksmääramiseks on vaja defekt tuvastada. Autor on uurinud ja analüüsinud põhjuseid.

1 Füüsikaline ja keemiline testimine
1.1 Metallograafiline uuring
Kasutage Observerit. AIM-tüüpi ZEISS metallograafilist mikroskoopi kasutati TC4ELI titaanisulamist plaadi heleda riba ala ja normaalse ala metallograafiliseks uurimiseks. Nagu on näha jooniselt 2, on ereda riba ala ühefaasiline võrdseteljeline struktuur, millel on segregatsioonitaolised struktuuriomadused, samas kui tavaline ala on tüüpilise TC4ELI titaanisulami struktuuris, mida on töödeldud + kahefaasilises piirkonnas, kõik algsed terade piirid on täielikult katki, seega saab kindlaks teha, et ereda riba ala on eraldusviga.

1.2 Skaneeriv elektronmikroskoopia analüüs
TC4ELI titaanisulamist plaadi heleda riba ala ja normaalala morfoloogia analüüsimiseks kasutati JSMG6700 külmväljaemissiooni skaneerivat elektronmikroskoopi (SEM). Nagu on näha jooniselt 3, on ühefaasiline ühtlane struktuur heleda riba piirkonnas selgem ja normaalala näitab + Kahefaasilise ala töödeldud struktuuri omadused on kooskõlas metallograafilise uuringu tulemustega ja Lisaks tehakse kindlaks, et ereda riba ala on eraldamise defekt.

1.3 Energiaspektri analüüs
Skaneeriva elektronmikroskoobi külge kinnitatud energiaspektromeetrit (EDS) kasutati TC4ELI titaanisulamist plaadi heleda riba ala ja normaalpiirkonna mikrokomponentide analüüsi tegemiseks. Analüüsi tulemused on toodud tabelis 1. On näha, et vanaadiumisisaldus normaalpiirkonnas on veidi kõrgem kui normväärtus. Lisaks on muude elementide sisu vastavuses GB/T 3620 nõuetele.1-2016 "Titaani ja titaanisulami klassid ja keemilised koostised"; titaani, alumiiniumi ja vanaadiumi sisaldus ereda riba piirkonnas ei jää standardvahemikku ja seal on ilmne titaanirikas sisaldus. , milles on alumiiniumi- ja vanaadiumivaene ning hapnikuelemendi sisaldus on standardvahemiku ülempiir, leitakse, et TC4ELI titaanisulamist plaadil on titaanirikkad segregatsioonidefektid.

1.4 Kõvaduse test
Titaanisulamite segregatsiooni saab jagada kõvaks segregatsiooniks (eraldusosa kõvadus on suurem kui normaalse tsooni kõvadus, tuntud ka kui rabe segregatsioon) ja pehmeks segregatsiooniks (eraldusosa kõvadus on madalam kui eraldusosa kõvadus). normaaltsoon) vastavalt eraldusosa ja normaaltsooni kõvaduse erinevusele. Tuntud ka kui mittehabras segregatsioon). Micro-Vickersi kõvaduse testid viidi läbi TC4ELI titaanisulamist plaadi heleda riba ala ja normaalse alaga. Mõõdetud tulemused olid vastavalt 383HV ja 327HV. On näha, et heleda riba ala kõvadus on oluliselt kõrgem kui tavalisel alal. Eraldamise tüüp ereda riba piirkonnas on rabe segregatsioon[11].
2 Analüüs ja arutelu
TC4ELI titaanisulamist lehe ereda riba ala on eraldusviga. See defekt on põhjustatud sulami vaheosakeste mittetäielikust legeerimisest. See on titaanirikas segregatsioon, kuid see ei ole tavaline titaanirikas segregatsioon, kuna titaanirikka eraldusala kõvadus peaks olema normaalsest piirkonnast madalam [12] ja eraldusdefekti ala kõvadus ( TC4ELI titaanisulamist lehe ereda riba ala) on tavalisest piirkonnast kõrgem, mis on kooskõlas interstitsiaalsete elementide eraldamise omadustega. Interstitsiaalsed elemendid viitavad konkreetselt hapnikule, süsinikule ja lämmastikule. elemendid. Seda tulemust kinnitab kõrge hapnikusisaldus eraldusdefekti piirkonnas. Interstitsiaalsete elementide rikastamine suurendab titaanisulamite beetafaasi transformatsiooni temperatuuri, suurendab alfafaasi kõvadust ja muudab materjali rabedaks. Kokkuvõtlikult võib öelda, et TC4ELI titaan Sulamilehtede eraldusdefektide tüüp on titaanirikas + interstitsiaalne elementide eraldamine.
Selle segregatsioonidefekti põhjus on peamiselt seotud titaanisulami sulatusprotsessiga. Eraldusdefekt on juba tekkinud valuplokkide valmistamisel. Praegu kasutavad Hiina titaanisulamite tootmisettevõtted üldiselt kolmekäigulist vaakumsulatamist tarbitavate elektrikaarahjude sulatusmeetodit, mida kasutatakse elektroodide ettevalmistamise protsessis. Ebaõige kasutamine võib kergesti põhjustada metalli saastumist või tulekindlate oksiidide ja nitriidide moodustumist. Voolu ja pinge ebaõige valik põhjustab sulamistsoonis mitte saavutamise sulamisprotsessi ajal termilise tasakaalu saavutamise ning põhjustab ka muutusi sulabasseini sügavuses, mille tulemuseks on titaankäsna ebaühtlane osakeste suurus. Põhisulami segu ebaühtlane jaotumine põhjustab materjali kohalikes piirkondades sulami elementide rikastumist ja kahanemist, põhjustades selle piirkonna faasimuutuspunkti kõrvalekaldeid. Järgneva kuumtöötlemisprotsessi käigus muutub see järk-järgult ebanormaalseks struktuuriks ja moodustab segregatsioonidefekte. [12G18].
3 Järeldused ja ettepanekud
TC4ELI titaanisulamist lehtedel on titaanirikkad + interstitsiaalsete elementide eraldamise defektid. Selle defekti põhjuseks on titaankäsna ebaühtlane osakeste suurus ja vahesulami segu ebaühtlane jaotus titaanisulamist valuplokkide tootmisprotsessis.
Selliseid defekte on soovitatav vähendada või kõrvaldada, tugevdades toorainete ja segude kontrolli, samuti pinge ja voolu valikut elektroodide ettevalmistamise ja sulatamise protsesside ajal.
viited:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Meditsiiniliste titaanisulamite biosobivuse uurimine[J]. Journal of Medical Research, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei jne. Uute meditsiiniliste titaanisulamite biosobivuse hindamine[J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin jt. Termilise töötlemise tehnoloogia mõju meditsiiniliste TC4 sulamist varraste mikrostruktuurile[J]. Titanium Industry Progress, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei jne. Kirurgiliste implantaatide Ti6Al4V (ELI) sulamist varraste koostis, struktuur ja mehaanilised omadused [J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua jt. Kirurgiliste implantaatide jaoks mõeldud uute meditsiiniliste titaanisulamist materjalide projekteerimise, arendamise ja rakendamise praegune seis ja edusammud [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong jt. Uute biomeditsiiniliste titaanisulamite struktuuri ja omaduste uurimise edusammud[J]. Biomedical Engineering and Clinic, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie jne. Meditsiiniliste TC4 titaanisulamist varraste mikrostruktuuri kontroll ja U-kujuline küünte kokkutõmbumine [J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu jt. TA3 titaanisulamist luuplaatide luumurdude analüüs kirurgiliseks implanteerimiseks [J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsika), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai jt. Uurimine TiG6AlG4VELI titaanisulami omaduste kohta selgroo ülaosa traadi jaoks[J]. Thermal Processing Technology, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing jne. TiG6AlG4V ELI sulamist lehe mikrostruktuuri ja mehaaniliste omaduste uurimine[J]. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen jt. Mikroskoopiline Vickersi kõvaduse test VG5CrG5Ti sulami titaanirikka faasi sademete tsoonis[J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsikaline maht), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Tavaliste segregatsioonidefektide analüüs - kahefaasilistes titaanisulamist varrastes[J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (Füüsika), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi jne. Titaanisulami metallurgiliste defektide analüüs [J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsikaline köide), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi jne. TC11 titaanisulamist terade heledate ja tumedate triipude omadused ja juhtimine[J]. Materjalitehnika, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. TC4 titaanisulamist varraste eredate triipude defektide analüüs[J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsika), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. TC11 titaanisulamist varda[J] pragunemise põhjuste analüüs. Füüsikaline ja keemiline testimine (Physics Volume), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Kõrgtugevate titaanisulamist poltide purunemise analüüs [J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsikaline maht), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying jt. Nikkel-titaantraadi purunemise põhjuste analüüs[J]. Füüsikaline ja keemiline testimine (füüsikaline köide), 2018, 54(11):829G832.