Analiza wybranych własności mechanicznych i tribologicznych medycznego stopu Ti24Nb4Zr8Sn

• Autorzy: Dąbrowski Robert , Sułowski Maciej

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2023.5.2

Warianty tytułu

EN

Analysis of selected mechanical and tribological properties of Ti24Nb4Zr8Sn medical alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań twardości, odporności na pękanie oraz odporności na zużycie ścierne stopu Ti24Nb4Zr8Sn po obróbce cieplnej, tj. przesycaniu z temp. 850°C i starzeniu w 350, 450 i 600°C. Wykazano, że w stanie przesyconym, gdy w mikrostrukturze jest obecna jedynie faza β, stop charakteryzuje się najmniejszą twardością i największą odpornością na pękanie. Zastosowanie zabiegu starzenia, skutkujące wydzielaniem fazy α z przesyconej fazy β, silnie zmniejsza jego odporność na pękanie. Badany stop wykazuje istotnie różną odporność na zużycie ścierne i różny współczynnik tarcia, zależnie od mikrostruktury i twardości. Minimalną wartość współczynnika tarcia odnotowano po starzeniu w temp. 450°C, w której dochodzi do wydzielania w mikrostrukturze fazy α o dużej dyspersji, tj. przy maksymalnej twardości stopu.

EN

The article presents the results of hardness, fracture toughness and abrasive wear resistance tests of the Ti24Nb4Zr8Sn alloy. These results were obtained after its heat treatment, i.e. solution from 850°C and aging at 350, 450 and 600°C. It has been shown that in the supersaturated state, when only the β phase is present in the microstructure, the alloy is characterized by the lowest hardness and the highest fracture toughness. The application of the aging treatment, resulting in the separation of the α phase from the supersaturated β phase, strongly reduces its fracture toughness. The tested alloy shows significantly different resistance to abrasive wear and a different friction coefficient, depending on the microstructure and hardness. The minimum value of the friction coefficient was noted after aging at 450°C, at which the α phase with high dispersion was precipitated in the microstructure, i.e. at the maximum hardness of the alloy.

Słowa kluczowe

PL

stop tytanu bliski β; obróbka cieplna; mikrostruktura; twardość; odporność na pękanie; odporność na zużycie ścierne

EN

titanium alloy; heat treatment; microstructure; hardness; fracture toughness; wear resistance; near-β titanium alloy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 44, nr 5
• Strony: 11--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dąbrowski Robert

• Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

• https://orcid.org/0000-0002-4922-7973

autor

Sułowski Maciej

• Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

• https://orcid.org/0000-0002-0977-9212

Bibliografia

• [1] Lütjering G., Williams J.C.: Titanium. Spinger – Verlag, Berlin, Heidelberg (2003).
• [2] Layens C., Peters M.: Titanium and titanium alloys. Fundamentals and applications. Wiley-VCH (2003).
• [3] Ninoomi M.: Metals for biomedical devices. Woodhead Publishing Limited (2010).
• [4] Yu Z.T., Zhang M.H., Tian Y.X., Cheng J., Ma X.Q., Liu H.Y., Wang C.: Designation and development of biomedical Ti alloys with finer biomechanical compatibility in long-term surgical implants. Front. Mater. Sci. 8/3 (2014) 219-229.
• [5] Ankem S., Greene C.A.: Recent developments in microstructure/property relationships of beta titanium alloys. Materials Science and Engineering A263 (1999) 127-131.
• [6] Bai Y., Li S.J., Prima F., Hao Y.L., Yang R.: Electrochemical corrosion behaviour of Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy in a simulated physiological environment. Applied Surface Science 258 (2011) 4035-4040.
• [7] Rui Y., Hao Y., Li S.: Development and application of low-modulus biomedical titanium alloy Ti2448. Biomedical Engineering. Trends in Materials Science (2011) 225-248.
• [8] Wierzchoń T., Czarnowska E., Krupa D.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych. Wyd. Politechniki Warszawskiej. Warszawa (2004).
• [9] Davim J.P.: Biotribology. Wiley (2010).
• [10] Frocisz Ł., Krawczyk J., Madej M., Kopyściański M.: Correlation of tribological properties of titanium alloys with their microstructures. Key Engineering Materials 687 (2016) 41-46.
• [11] Cvijović-Alagić I., Cvijović Z., Mitrović S., Rakin M., Veljović D., Babić M.: Tribological behaviour of orthopaedic Ti-13Nb-13Zr and Ti-6Al-4V alloys. Tribology Letters (2010) 59-70.
• [12] Dąbrowski R., Cios G., Krawczyk J.: Influence of the supersatura ting temperature on the microstructure and hardness of Ti24Nb4Zr8Sn alloy. Key Engineering Materials 687 (2016) 55-61.
• [13] Dąbrowski R.: Wpływ temperatury starzenia na mikrostrukturę i wybrane właściwości mechaniczne stopu Ti24Nb4Zr8Sn. Inżynieria Materiałowa 5 (2022) 9-15.
• [14] Dąbrowski R., Sułowski M.: Analiza dylatometryczna przemian fazowych przy nagrzewaniu stopu Ti24Nb4Zr8Sn ze stanu prze syconego. Inżynieria Materiałowa 2 (2023) 12-16.
• [15] PN-EN 10045-1:1994, Metale. Próba udarności sposobem Charpy’ego. Metoda badania.
• [16] Zum Gahr K.H.: Microstructure and wear of materials. Tribology series (10) Elsevier. Amsterdam-Oxford-New York-Tokyo (1987).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).