Analiza nedostataka medicinske TC4ELI ploče od legure titana

Sažetak: Utvrđeno je da određena medicinska ploča od legure titana TC4ELI ima prodorne nedostatke svijetle trake tijekom pregleda pri malom povećanju. Vrste i uzroci grešaka analizirani su metalografskim ispitivanjem, analizom skenirajućim elektronskim mikroskopom, analizom energetskog spektra i ispitivanjem tvrdoće. Rezultati Pokazuje da je ovaj nedostatak defekt segregacije bogat titanom + međuprostorni element, koji je uzrokovan neravnomjernom veličinom čestica titanijske spužve i neravnomjernom raspodjelom smjese intermedijarne legure tijekom procesa proizvodnje ingota titanijske legure. Preporuča se smanjiti ili ukloniti ovaj nedostatak kontrolom sirovina i procesa taljenja. mana.

TC４ELI legura titana postala je medicinski kirurški implantat zbog svoje dobre biokompatibilnosti, niskog modula elastičnosti, niske gustoće, dobrih antikorozivnih svojstava, netoksičnosti, visoke granice razvlačenja, dugog vijeka trajanja, velike plastičnosti u prostoriji temperatura i jednostavno oblikovanje. Idealan materijal za medicinske uređaje [1-2]. Medicinske TC4ELI ploče od legure titana uglavnom se koriste za popravak lubanje, presađivanje kosti itd., koji imaju veće zahtjeve za čvrstoću, otpornost na zamor, plastičnost itd. Prema GB/T 13810-2017«Kirurška implantacija Titan i obrada legura titana materijali za medicinsku uporabu», ako se u strukturi malog povećanja materijala od legure titana koji se koriste u implantatima pronađe segregacija, metalni ili nemetalni uključci i drugi vizualno vidljivi metalurški nedostaci, serija proizvoda će se smatrati nekvalificiranom. Segregacija je manifestacija neravnomjernog sastava mikropodručja materijala od legure titana u strukturi. Medicinska ploča TC4ELI je dvofazna legura titana tipa +. Ako je njegov sastav mikroregija neujednačen, to će uzrokovati abnormalnosti u makro i mikrostrukturi, što dovodi do abnormalnosti. Postoji značajna razlika u tvrdoći između normalnog područja i normalnog područja, što će dovesti do neujednačenih ukupnih performansi materijala od legure titana, čime se smanjuje čvrstoća materijala, vijek trajanja i plastičnost, te u konačnici dovodi do ranog kvara materijala [{{ 13}}].

Tijekom promatranja pod malim povećanjem određene medicinske ploče od legure titana TC4ELI, pronađeno je abnormalno područje u obliku trake širine oko 5 mm. Kada je dio toga presretnut i promatran pri malom povećanju, ustanovljeno je da je trakasto područje svijetla traka. Kako bi se točno odredio tip kvara, potrebno je identificirati kvar. Autor je ispitao i analizirao uzroke.

1 Fizikalna i kemijska ispitivanja
1.1 Metalografsko ispitivanje
Koristite Observer. Metalografski mikroskop ZEISS tipa AIM korišten je za metalografsko ispitivanje područja svijetle trake i normalnog područja ploče od legure titana TC4ELI. Kao što se može vidjeti na slici 2, područje svijetle trake jednofazna je struktura s jednakom osi, koja pokazuje strukturne karakteristike slične segregaciji, dok je normalno područje U strukturi tipične TC4ELI legure titana obrađene u + dvofaznom području, sve izvorne granice zrna su u potpunosti prekinute, tako da se može utvrditi da je svijetla trakasta površina defekt segregacije.

1.2 Analiza skenirajućom elektronskom mikroskopijom
JSMG6700 skenirajući elektronski mikroskop s emisijom hladnog polja (SEM) korišten je za analizu morfologije područja svijetle trake i normalnog područja ploče od legure titana TC4ELI. Kao što se može vidjeti na slici 3, jednofazna jednakoosna struktura u području svijetle trake je jasnija, a normalno područje pokazuje + Karakteristike obrađene strukture dvofaznog područja su u skladu s rezultatima metalografskog ispitivanja i dalje je utvrđeno da je svijetla trakasta površina defekt segregacije.

1.3 Analiza energetskog spektra
Energetski spektrometar (EDS) priključen na skenirajući elektronski mikroskop korišten je za izvođenje analize mikrokomponenti na području svijetle trake i normalnom području ploče od legure titana TC4ELI. Rezultati analize prikazani su u tablici 1. Može se vidjeti da je sadržaj vanadija u normalnom području nešto viši od standardne vrijednosti. Osim toga, sadržaj ostalih elemenata u skladu je sa zahtjevima GB/T 3620.1-2016 "Titan i legure titana i kemijski sastavi"; sadržaj titana, aluminija i vanadija u području svijetle trake nije unutar standardnog raspona, a postoji očiti sadržaj bogat titanom. , siromašan aluminijem i siromašan vanadijem, a sadržaj elementa kisika je gornja granica standardnog raspona, procjenjuje se da ploča od legure titana TC4ELI ima segregacijske defekte bogate titanom.

1.4 Ispitivanje tvrdoće
Segregacija titanovih legura može se podijeliti na tvrdu segregaciju (tvrdoća segregacijskog dijela je veća od tvrdoće normalne zone, također poznata kao krta segregacija) i meku segregaciju (tvrdoća segregacijskog dijela niža je od tvrdoće normalna zona) prema razlici između tvrdoće segregacijskog dijela i normalne zone. Također poznato kao ne-krhka segregacija). Micro-Vickersova ispitivanja tvrdoće provedena su na području svijetle trake i normalnom području ploče od legure titana TC4ELI. Izmjereni rezultati bili su 383HV odnosno 327HV. Može se vidjeti da je tvrdoća područja svijetle trake znatno veća od one normalnog područja. Tip segregacije u području svijetle trake je krhka segregacija[11].
2 Analiza i rasprava
Područje svijetle trake TC4ELI lima od legure titana je defekt segregacije. Ovaj nedostatak je uzrokovan nepotpunim legiranjem čestica međulegure. To je segregacija bogata titanom, ali nije uobičajena segregacija bogata titanom jer bi tvrdoća područja segregacije bogatog titanom trebala biti niža od normalnog područja [12], a tvrdoća područja defekta segregacije ( područje svijetle trake) lima od legure titana TC4ELI veće je od normalnog područja, što je u skladu s karakteristikama segregacije intersticijskih elemenata. Intersticijski elementi posebno se odnose na kisik, ugljik i dušik. elementi. Visok sadržaj kisika u području defekta segregacije potvrđuje ovaj rezultat. Obogaćivanje međuprostornim elementima povećat će temperaturu transformacije beta faze titanovih legura, povećati tvrdoću alfa faze i učiniti materijal krhkim. Ukratko, TC4ELI titan Vrsta segregacijskih defekata u pločama od legure je segregacija bogata titanom + intersticijski element.
Uzrok ovog defekta segregacije uglavnom je povezan s procesom taljenja legure titana. Defekt segregacije je već formiran u proizvodnji ingota. Trenutno, kineska poduzeća za proizvodnju legure titana općenito prihvaćaju troprolaznu metodu taljenja trostrukog vakuumskog taljenja u elektrolučnim pećima, koja se koristi tijekom procesa pripreme elektrode. Nepravilna uporaba može lako dovesti do onečišćenja metala ili stvaranja vatrostalnih oksida i nitrida. Neodgovarajući odabir struje i napona uzrokovat će da zona taljenja ne uspije postići toplinsku ravnotežu tijekom procesa taljenja, a također će uzrokovati promjene u dubini rastaljenog bazena, što će rezultirati nejednakom veličinom čestica titanijske spužve. Neravnomjerna raspodjela smjese glavne legure uzrokovat će obogaćivanje i osiromašenje elemenata legure u lokalnim područjima materijala, uzrokujući odstupanje točke fazne transformacije u ovom području. Tijekom naknadnog procesa vruće obrade, postupno će se razviti u abnormalnu strukturu i formirati defekte segregacije. [12G18].
3 Zaključci i prijedlozi
Listovi od legure titana TC4ELI imaju defekte segregacije bogate titanom + međuprostorni elementi. Ovaj nedostatak je uzrokovan neravnomjernom veličinom čestica titanijske spužve i neravnomjernom raspodjelom smjese srednje legure tijekom proizvodnog procesa ingota titanijske legure.
Preporuča se smanjiti ili ukloniti takve nedostatke pojačanom kontrolom sirovina i smjesa, kao i odabirom napona i struje tijekom procesa pripreme elektroda i procesa taljenja.
reference:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Istraživanje biokompatibilnosti medicinskih legura titana[J]. Journal of Medical Research, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei, itd. Procjena biokompatibilnosti novih medicinskih legura titana[J]. Journal of Practical Stomatology, 2010., 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin, itd. Učinak tehnologije toplinske obrade na mikrostrukturu medicinskih šipki od legure TC4 [J]. Napredak industrije titana, 2012., 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei itd. Sastav, struktura i mehanička svojstva šipki od legure Ti6Al4V (ELI) za kirurške implantate [J]. Kineski časopis za obojene metale, 2010., 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua, et al. Trenutno stanje i napredak dizajna, razvoja i primjene novih medicinskih materijala od legura titana za kirurške implantate [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong, et al. Napredak istraživanja o strukturi i svojstvima novih biomedicinskih legura titana[J]. Biomedicinsko inženjerstvo i klinika, 2013., 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie, itd. Kontrola mikrostrukture i učinak skupljanja čavla u obliku slova U medicinskih šipki od legure titana [J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu, et al. Analiza prijeloma koštanih ploča od legure titana TA3 za kiruršku implantaciju [J]. Fizikalna i kemijska ispitivanja (fizika), 2016., 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai, itd. Istraživanje svojstava TiG6AlG4VELI legure titana za žicu s vrhom kralježnice[J]. Tehnologija toplinske obrade, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing, itd. Istraživanje mikrostrukture i mehaničkih svojstava TiG6AlG4V ELI legure [J]. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen, et al. Mikroskopsko ispitivanje tvrdoće po Vickersu zone taloženja faze bogate titanom legure VG5CrG5Ti[J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (Physics Volume), 2014., 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Analiza uobičajenih segregacijskih defekata u šipkama od dvofazne legure titana [J]. Fizikalna i kemijska ispitivanja (fizika), 2013., 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi, itd. Analiza primjera metalurških nedostataka legure titana[J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (Physics Volume), 2013., 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi, itd. Karakteristike i kontrola svijetlih i tamnih pruga na TC11 oštricama od legure titana [J]. Inženjerstvo materijala, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. Analiza defekata svijetlih pruga u šipkama od legure titana TC4 [J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (fizika), 2011., 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. Analiza uzroka pucanja šipke od legure titana TC11[J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (svezak fizike), 2012., 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Analiza loma vijaka od legure titana visoke čvrstoće [J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (Physics Volume), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et al. Analiza uzroka loma nikal-titan žice[J]. Fizičko i kemijsko ispitivanje (Physics Volume), 2018, 54(11):829G832.