Anàlisi de defectes de la placa d'aliatge de titani TC4ELI mèdica
Resum: Es va trobar que una certa placa d'aliatge de titani TC4ELI mèdic tenia defectes penetrants de banda brillant durant la inspecció de baix augment. Els tipus i les causes dels defectes es van analitzar mitjançant l'examen metal·logràfic, l'anàlisi del microscopi electrònic d'escaneig, l'anàlisi de l'espectre d'energia i les proves de duresa. Resultats Mostra que aquest defecte és un defecte de segregació d'elements intersticials + rics en titani, que és causat per la mida desigual de partícules de l'esponja de titani i la distribució desigual de la barreja d'aliatge intermedi durant el procés de producció de lingots d'aliatge de titani. Es recomana reduir o eliminar aquest defecte controlant les matèries primeres i el procés de fosa. defecte.
L'aliatge de titani TC４ELI s'ha convertit en un implant mèdic quirúrgic a causa de la seva bona biocompatibilitat, baix mòdul elàstic, baixa densitat, bones propietats anticorrosives, no toxicitat, alt rendiment, llarga vida a la fatiga, gran plasticitat a l'habitació. temperatura i fàcil formació. Un material ideal per a dispositius mèdics [1-2]. Les plaques mèdiques d'aliatge de titani TC4ELI s'utilitzen principalment en la reparació del crani, l'empelt d'os, etc., que tenen requisits més elevats de resistència, vida a la fatiga, plasticitat, etc. materials per a ús mèdic», si es troben segregacions, inclusions metàl·liques o no metàl·liques i altres defectes metal·lúrgics visualment visibles a l'estructura de baix augment dels materials d'aliatge de titani utilitzats en productes d'implant, el lot de productes es considerarà no qualificat. Segregació és la manifestació de la composició desigual de microregions dels materials d'aliatge de titani a l'estructura. La placa mèdica TC4ELI és un aliatge de titani bifàsic de tipus +. Si la seva composició de microregió és desigual, provocarà anomalies a la macro i microestructura, donant lloc a anomalies. Hi ha una diferència significativa de duresa entre l'àrea normal i l'àrea normal, la qual cosa conduirà a un rendiment general desigual del material d'aliatge de titani, reduint així la resistència del material, la vida a la fatiga i la plasticitat i, finalment, conduirà a una fallada primerenca del material [{{ 13}}].
Durant l'observació de baix augment d'una determinada placa mèdica d'aliatge de titani TC4ELI, es va trobar una àrea anormal en forma de banda amb una amplada d'uns 5 mm. Quan una part d'ella va ser interceptada i observada amb poca augment, es va trobar que l'àrea en forma de banda era una banda brillant. Per determinar amb precisió el tipus de defecte, cal identificar-lo. L'autor n'ha examinat i analitzat les causes.
1 Assajos físics i químics
1.1 Examen metal·logràfic
Utilitzeu Observer. El microscopi metal·logràfic ZEISS de tipus AIM es va utilitzar per dur a terme un examen metal·logràfic de l'àrea de la banda brillant i l'àrea normal de la placa d'aliatge de titani TC4ELI. Com es pot veure a la figura 2, l'àrea de la banda brillant és una estructura equiaxial monofàsica, que mostra característiques estructurals semblants a la segregació, mentre que l'àrea normal es troba en l'estructura d'un aliatge de titani TC4ELI típic processat a la regió + bifàsica, tots els límits de gra originals estan totalment trencats, de manera que es pot determinar que l'àrea de la banda brillant és un defecte de segregació.
1.2 Anàlisi amb microscòpia electrònica de rastreig
El microscopi electrònic d'exploració d'emissió de camp fred (SEM) JSMG6700 es va utilitzar per analitzar la morfologia de l'àrea de banda brillant i l'àrea normal de la placa d'aliatge de titani TC4ELI. Com es pot veure a la figura 3, l'estructura equiaxial monofàsica a la zona de la banda brillant és més clara i l'àrea normal es mostra + Les característiques de l'estructura processada de l'àrea de dues fases són coherents amb els resultats de l'examen metal·logràfic i es determina a més que la zona de la banda brillant és un defecte de segregació.
1.3 Anàlisi de l'espectre energètic
L'espectròmetre d'energia (EDS) connectat al microscopi electrònic d'escaneig es va utilitzar per realitzar anàlisis de microcomponents a l'àrea de la banda brillant i l'àrea normal de la placa d'aliatge de titani TC4ELI. Els resultats de l'anàlisi es mostren a la taula 1. Es pot veure que el contingut de vanadi a l'àrea normal és lleugerament superior al valor estàndard. A més, el contingut d'altres elements compleix els requisits de GB/T 3620.1-2016 "Graus i composicions químiques de titani i aliatges de titani"; el contingut de titani, alumini i vanadi a la zona de la banda brillant no es troba dins del rang estàndard i hi ha un contingut ric en titani evident. , pobre en alumini i pobre en vanadi, i el contingut d'element d'oxigen és el límit superior del rang estàndard, es considera que la placa d'aliatge de titani TC4ELI té defectes de segregació rics en titani.
1.4 Prova de duresa
La segregació dels aliatges de titani es pot dividir en segregació dura (la duresa de la part de segregació és superior a la duresa de la zona normal, també coneguda com a segregació trencadissa) i segregació suau (la duresa de la part de segregació és inferior a la duresa de la zona normal) segons la diferència entre la duresa de la part de segregació i la zona normal. També coneguda com a segregació no fràgil). Es van realitzar proves de duresa Micro-Vickers a la zona de la banda brillant i l'àrea normal de la placa d'aliatge de titani TC4ELI. Els resultats mesurats van ser 383HV i 327HV respectivament. Es pot veure que la duresa de la zona de la banda brillant és significativament superior a la de l'àrea normal. El tipus de segregació a la zona de la banda brillant és la segregació fràgil[11].
2 Anàlisi i discussió
L'àrea de banda brillant de la làmina d'aliatge de titani TC4ELI és un defecte de segregació. Aquest defecte és causat per l'aliatge incomplet de les partícules d'aliatge intermedi. És una segregació rica en titani, però no és una segregació rica en titani habitual perquè la duresa de l'àrea de segregació rica en titani hauria de ser inferior a l'àrea normal [12] i la duresa de l'àrea de defecte de segregació ( àrea de banda brillant) de la làmina d'aliatge de titani TC4ELI és superior a la de l'àrea normal, que és coherent amb les característiques de segregació dels elements intersticials. Els elements intersticials es refereixen específicament a oxigen, carboni i nitrogen. elements. L'elevat contingut d'oxigen a la zona de defecte de segregació verifica aquest resultat. L'enriquiment dels elements intersticials augmentarà la temperatura de transformació en fase beta dels aliatges de titani, augmentarà la duresa de la fase alfa i farà que el material sigui trencadís. En resum, TC4ELI titani El tipus de defectes de segregació en les làmines d'aliatge és ric en titani + segregació d'elements intersticials.
La causa d'aquest defecte de segregació està relacionada principalment amb el procés de fosa de l'aliatge de titani. El defecte de segregació ja s'ha format en la producció de lingots. En l'actualitat, les empreses de producció d'aliatges de titani de la Xina generalment adopten el mètode de fosa del forn d'arc elèctric consumibles de fusió al buit de tres passos, que s'utilitza durant el procés de preparació d'elèctrodes. Un ús inadequat pot provocar fàcilment la contaminació metàl·lica o la formació d'òxids i nitrurs refractaris. La selecció incorrecta del corrent i la tensió farà que la zona de fusió no aconsegueixi l'equilibri tèrmic durant el procés de fusió i també provocarà canvis en la profunditat de la piscina fosa, donant lloc a una mida desigual de partícules de l'esponja de titani. La distribució desigual de la barreja d'aliatge principal provocarà l'enriquiment i l'esgotament dels elements d'aliatge a les zones locals del material, fent que el punt de transformació de fase en aquesta àrea es desviï. Durant el procés de processament en calent posterior, evolucionarà gradualment cap a una estructura anormal i formarà defectes de segregació. [12G18].
3 Conclusions i suggeriments
Les làmines d'aliatge de titani TC4ELI tenen defectes de segregació d'elements intersticials + rics en titani. Aquest defecte és causat per la mida desigual de les partícules de l'esponja de titani i la distribució desigual de la barreja d'aliatge intermedi durant el procés de producció de lingots d'aliatge de titani.
Es recomana reduir o eliminar aquests defectes reforçant el control de matèries primeres i mescles, així com la selecció de voltatge i corrent durant els processos de preparació i fosa d'elèctrodes.
referències:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Investigació sobre la biocompatibilitat d'aliatges de titani mèdic[J]. Journal of Medical Research, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei, etc. Avaluació de la biocompatibilitat de nous aliatges de titani mèdic[J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin, etc. Efecte de la tecnologia de processament tèrmic en la microestructura de les barres d'aliatge TC4 mèdiques[J]. Titanium Industry Progress, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei, etc. Composició, estructura i propietats mecàniques de les barres d'aliatge Ti6Al4V (ELI) per a implants quirúrgics [J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua, et al. Estat actual i progrés del disseny, desenvolupament i aplicació de nous materials d'aliatge de titani mèdic per a implants quirúrgics [J]. Xina Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong, et al. Progrés de la investigació sobre l'estructura i les propietats dels nous aliatges biomèdics de titani[J]. Enginyeria i Clínica Biomèdica, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie, etc. Control de microestructura i rendiment de contracció de les ungles en forma d'U de les barres d'aliatge de titani TC4 mèdic[J]. Physical and Chemical Testing (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu, et al. Anàlisi de fracàs de fractura de plaques òssies d'aliatge de titani TA3 per a implantació quirúrgica [J]. Assaigs físics i químics (física), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai, etc. Recerca sobre les propietats de l'aliatge de titani TiG6AlG4VELI per al cable superior espinal[J]. Tecnologia de processament tèrmic, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing, etc. Recerca sobre la microestructura i les propietats mecàniques de la làmina d'aliatge TiG6AlG4V ELI[J]. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen, et al. Prova de duresa Vickers microscòpica de la zona de precipitació en fase rica en titani de l'aliatge VG5CrG5Ti [J]. Proves físiques i químiques (volum de física), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Anàlisi de defectes de segregació comuns en - varetes d'aliatge de titani bifàsic[J]. Proves físiques i químiques (física), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi, etc. Exemple d'anàlisi de defectes metal·lúrgics d'aliatge de titani[J]. Proves físiques i químiques (volum de física), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi, etc. Característiques i control de ratlles brillants i fosques en fulles d'aliatge de titani TC11[J]. Enginyeria de Materials, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. Anàlisi de defectes de ratlles brillants en barres d'aliatge de titani TC4[J]. Proves físiques i químiques (física), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. Anàlisi de les causes del trencament de la vareta d'aliatge de titani TC11[J]. Physical and Chemical Testing (Physics Volume), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Anàlisi de la fallada de fractura de cargols d'aliatge de titani d'alta resistència [J]. Proves físiques i químiques (volum de física), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et al. Anàlisi de les causes del trencament del fil de níquel-titani[J]. Proves físiques i químiques (volum de física), 2018, 54(11):829G832.
