用氧化钙系铸型铸造的牙科用TNTZ钛合金的力学性能_吴全兴

4629卷用氧化钙系铸型铸造的牙科用TNTZ钛合金的力学性能

β钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr（TNTZ）具有良好的强度－延性匹配，期待用于下一代牙科镶嵌材料，但其熔点高达2300K，明显高于低间隙Ti-6Al-4V ELI合金（1900K）。用原有氢化镁铸型铸造TNTZ 合金时，合金表面易被烧伤，为此必须开发在高温领域稳定的铸型材料。已研究了用氧化钙系材料的铸型，可以制备牙科用TNTZ精密铸件，但采用这种铸型的TNTZ铸件的力学性能尚不清楚。为此，进行了以氢化钙为铸型的TNTZ铸件的力学性能研究，并与以氧化镁为铸型的铸件进行了比较。将粒径＜0.3mm的细电熔氧化钙（C1）和粒径1 3mm的粗电熔氧化钙（C2）各40%和60%混合，然后加入硬化促进剂CaCl2（7%），用乙醇液混合后，作为铸型材。以C1ʒCaCl2为4ʒ1的混合液为浆料A，以浆料A+0.3%SiO2+12%Zr粒（45μm）为浆料B。用石蜡制作铸模，制作的石蜡模分别在浆料A和浆料B中浸渍干燥，然后用干燥的石蜡模制作氧化钙铸型。同时用氧化镁系材料（与蒸馏水按100ʒ13的比例混合）制作氧化镁铸型。首先把热锻造加工的TNTZ钛合金圆棒用机械切成直径30mm、厚13mm 的圆盘作为试料。用真空加压铸造机和已制作的氧化钙铸型、氧化镁铸型，对TNTZ钛合金圆盘进行单电弧熔铸。对铸造的TNTZ钛合金试样进行拉伸试验和疲劳试验。试验后用扫描电镜观察断口，测定铸造缺陷面积D与断口面积A之比，计算铸造缺陷体积率V=D/A。结果表明，以氧化钙为铸型的试样，其拉伸性能（抗拉强度、屈服强度和延伸率）与以氧化镁为铸型的试样基本相当，但数据的标准偏差要好于氧化镁为铸型的。低周和高周疲劳试验结果表明，以氧化钙为铸型的试样，其疲劳性能略好于以氧化镁为铸型的，但估算的疲劳强度约分别为150MPa和140MPa，明显低于TNTZ锻造材的疲劳强度（约280MPa）。这是由于TNTZ精密铸件仍有许多铸造缺陷和粗大铸造组织的缘故。一般认为吃东西时的咀嚼力约为20 230MPa，可见TNTZ铸件的疲劳强度低于咀嚼力。今后必须减少TNTZ铸件的铸造缺陷，以改善其疲劳强度。

吴全兴摘译自《軽金属》

钛基固溶陶瓷的显微组织和力学性能研究

TiC和Ti（CN）基陶瓷大量应用在切割工具上，这些陶瓷心部由未溶解的TiC和Ti（CN）颗粒组成，边部由烧结过程中形成的固溶相组成。TiC和Ti（CN）基陶瓷的断裂韧性稍低于WC-Co陶瓷，主要是因为Ni在TiC和Ti（CN）中的润湿性很差，而且与界面大量复杂的显微组织有关。总体来说，Ti（N）-MeC-Ni 系陶瓷中除了含有碳化物－Ni界面，还有心部与内边缘和边部与外边缘（碳化物）的界面。由于心部与内边缘相组成成分不同，所以Ti（CN）心部与内边缘界面之间有很高的应力，这样的界面是裂纹萌生和增殖的潜在位置，导致陶瓷断裂韧性降低，因此影响了其商业应用。人们寻找了很多方法来提高陶瓷工具的断裂韧性。由于边缘固溶相可以提高各种陶瓷的断裂韧性，很多学者用增加二次碳化物来提高边缘相的体积分数。另一些研究通过TiC和WC粉末来提高陶瓷的韧性。韩国研究人员采用粉末烧结工艺制备了（Ti，W）C基固溶陶瓷，研究了其显微组织和力学性能。实验材料为TiO2粉、钛粉、WO3粉和C粉，混合后用行星式磨机在250r/min的转速

下研磨24h，然后将粉末用真空石墨炉在1350ħ下渗碳处理2h，制成（Ti1－x W x）C粉（0.07≤x≤0.3）。将（Ti

1－x

W

x

）C粉末与体积分数为20%的Ni 粉球磨24h，在干燥箱里于80ħ干燥后，在125 MPa下压制成块，最后在真空石墨炉中于1510ħ烧结1h，制得（Ti1－x W x）C－20%Ni陶瓷。研究了

（Ti

1－x

W

x

）C-20%Ni陶瓷（x从0.07到0.3）的显微组织及其断裂行为。研究结果表明：得到的陶瓷是由固溶碳化物组成的心部和边缘相组成；与常规粉末冶金（CPM）制成的陶瓷相比，这种陶瓷组织较均匀，并且碳化物颗粒随着W含量的增加而减小，当x为0.3时碳化物颗粒最小，此时固溶碳化物最稳定；

（Ti

1－x

W

x

）C-20%Ni系陶瓷中的裂纹主要是晶间裂纹，其压痕韧性和断裂强度随着W含量的增加而升高。与CPM陶瓷和WC-Co材料相比，Ti基固溶陶瓷呈现出更高的断裂韧性。

王琛摘译自《Materials Science and Engineering A》

DOI:10.13567/ki.issn1009-9964.2012.01.019