氫處理細晶鈦合金的拉伸性能及其在牙科上的應(yīng)用

超細晶鈦合金具有一系列突出優(yōu)點，其室溫強度在一定程度上得以提高，高溫拉伸時具有極大的延伸率。細化晶粒通常采用大變形法來獲得，如等徑彎角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)、多軸鍛造以及累積卷壓焊等。除此之外，對鈦合金還可以采用氫處理法。

氫處理是能夠使鈦合金晶粒尺寸達1μm以下的為數(shù)較少的方法之一。利用這種方法可以使α+β型鈦合金Ti-6Al-4V及富β的α+β型鈦合金Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe獲得晶粒尺寸小于0.5μm的等軸細晶組織，使合金具有優(yōu)異的超塑性能。日本學(xué)者中東潤對這兩種合金進行氫處理，研究其常溫性能及超塑拉伸性能，并用超塑成形方法試制了牙科修補用金屬支架。

鈦合金在氫氣中加熱至β相變點以上并保溫一段時間后，水冷得到馬氏體組織，然后在α+β兩相區(qū)進行熱加工，獲得細針狀馬氏體組織。顯微組織觀察結(jié)果表明，Ti-6Al-4V合金的α晶粒尺寸為0.3～0.5μm，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金的α晶粒尺寸為0.1～0.3μm，而且大多數(shù)晶界為大角度晶界。室溫拉伸試驗表明，細晶Ti-6Al-4V合金比未經(jīng)氫處理、經(jīng)相同熱加工得到的粗晶Ti-6Al-4V合金的屈服強度高(1300MPa對800MPa)，Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有這種強度提高的趨勢。

不同溫度下的超塑性變形試驗表明，細晶Ti-6Al-4V合金在1073K下的延伸率達到6620%，而粗晶Ti-6Al-4V合金在1173K下的僅為2000%。細晶Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金在923K下的延伸率達極大值10600%。拉伸試驗的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，粗晶Ti-6Al-4V合金在923K下的變形應(yīng)力為276MPa，而細晶Ti-6Al-4V合金在873K下的變形應(yīng)力為113MPa，是細晶合金的一倍多。Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe合金也具有相同的趨勢。

用這種氫處理法制備了超塑性加工用Ti-6Al-4V合金薄板(Φ40mm×0.70mm)。進行了牙科用金屬支架的超塑成形試驗，試驗溫度為1123K，加工壓力分別為1.0、1.5、2.0MPa。結(jié)果表明，加工壓力為1.5MPa時的應(yīng)變速度最合適。壓力為1.0MPa時，頂部的形狀不明顯；壓力為2.0MPa時，發(fā)生部分?jǐn)嗔?，無法加工；而當(dāng)加工壓力為1.5MPa時可按模具的形狀加工出牙科用金屬構(gòu)架。

今后為了提高加工精度，尚需進一步研究板厚對超塑成形性能的影響。