Kształtowanie mikrostruktury i odporności na pękanie stopu Ti-6Al-7Nb do zastosowań biomedycznych

• Autorzy: Dąbrowski R. , Pacyna J. , Kochańczyk J.

Warianty tytułu

EN

The formation of microstructure of and fracture toughness of Ti-6Al-7Nb alloy for biomedical applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule dokonano oceny odporności na pękanie dwufazowego stopu tytanu w gatunku Ti-6Al-7Nb w warunkach statycznych i dynamicznych. Własność tę oceniono w próbie statycznego trójpunktowego zginania oraz w dynamicznej próbie udarności sposobem Charpy’ego. Odporność na pękanie stopu kształtowano poprzez zmianę mikrostruktury uzyskanej wskutek zastosowania różnych zabiegów obróbki cieplnej. Jako miary odporności na pękanie wyznaczono tzw. współczynnik intensywności naprężeń (KIc) oraz pracę złamania (KV) stopu w stanie przesyconym, tj. po oziębianiu w wodzie z zakresu dwufazowego oraz po starzeniu w wybranym zakresie temperatur. Badania odporności na pękanie w warunkach statycznych stopu (KIc) uzupełniono dokumentacją fraktograficzną przełomów próbek. Przełomy analizowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego NovaNanoSEM 450. Badania mikrostruktury stopu po obróbce cieplnej wykonano przy użyciu mikroskopu świetlnego Axiovert 200 MAT firmy Zeiss.

EN

Assessment of the fracture toughness of the Ti-6Al-7Nb grade two-phase titanium alloy, under static and dynamic conditions, is performed in the hereby paper. This property was estimated in the static three-point bend test and in the dynamic Charpy impact test. The alloy fracture toughness was shaped by the microstructure changes obtained due to the application of various operations of the heat treatment. As the measures of the fracture toughness the so-called stress intensity factor (KIc) and impact energy (KV) of the alloy in the supersaturating state, i.e. after water-cooling from two-phase range and after ageing at the selected temperature range, were determined. Fracture toughness tests of alloys, under static conditions (KIc), were supplemented by the fractographic documentation of sample fractures. These fractures were analysed by means of the scanning electron microscopy: NovaNanoSEM 450. Investigations of the alloy microstructure, after the heat treatment, were performed by using the light microscope, Axiovert 200 MAT of the Zeiss Company.

Słowa kluczowe

PL

mikrostruktura; obróbka cieplna; twardość; odporność na pękanie; stopy tytanu

EN

microstructure; heat treatment; hardness; fracture toughness; titanium alloy

• Wydawca: Jacek Doskocz
• Czasopismo: Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 22, nr 3
• Strony: 130--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Dąbrowski R.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

autor

Pacyna J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

autor

Kochańczyk J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] M. Niinomi: Materials for biomedical devices, Wood Head Publishing Limited, 2010.
• [2] J. Marciniak: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2002.
• [3] J. Marciniak: Biomateriały metalowe – kierunki i prognozy rozwojowe, Advanced forming technologies and nanostructured materials. Conference Proceedings, Poznań - Opalenica, 2012.
• [4] H.J. Rack, J.I. Qazi: Titanium alloys for biomedical applications, Materials Science and Engineering C26, 2006, s. 1269–1277.
• [5] M. Geetha, A.K. Singh, R. Asokamani, A.K. Gogia: Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants, Progress in Materials Science, vol. 54, 2009, s. 397–425.
• [6] M. Long, H. Rack: Titanium alloys in total joint replacement – a materials science perspective, Biomaterials, vol. 19, 1998, s. 1621–1639.
• [7] M. Semlisch, F. Staub, H. Weber: Development of vital highstrength Ti-Al-Nb alloy for surgical implants, Performance of Biomaterials, Elsevier Science Publishers, Amsterdam 1986, s. 69–74.
• [8] R. Boyer, G. Welsch, E. Coolings: Materials Properties Handbook, ASM International, 1994.
• [9] D. Askeland: Titanium alloys. The Science and Engineering of Materials, PWS-Kent, Publishing Company, 1984, s. 231–236.
• [10] G. Lütjering, J.C. Williams: Titanium, Springer – Verlag, Berlin, Heidelberg 2003.
• [11] R. Dąbrowski: Investigation of α+β→β phase transformation in monotonically heated Ti6Al7Nb alloy, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 57(4), 2012, s. 995-1000.
• [12] J. Sieniawski: Przemiany fazowe i ocena możliwości kształtowania struktury w wieloskładnikowych stopach Ti z zawartością Al, Mo, V i Cr, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, vol. 17, Rzeszów 1986.
• [13] J. Pacyna i wsp.: Przemiany fazowe w stopie Ti6Al4V i ich wpływ na wybrane własności, Praca statutowa AGH, nr 11.11.110.928, Kraków 2013.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).