钛及钛合金材料精品整理资料
一、钛及钛合金材料
（一）材料
1.碘化钛碘与粗钛在低温下直接作用生成挥发性的碘化钛，经加热使碘化钛分解，再沉积而得到高纯度的金属钛称为碘化钛。
牌号：TAD. 符号：Til2. 纯度＞99.9%（wt）
主要用于科研，如测试纯钛的化学性能、物理性能、合金化研究等。
2.海绵钛
含钛的矿石从金红石（Tio2）存在，经氯（Cl2）化生成四氯化钛（TiCl4），再用活性金属（Mg或Na）还原得到海绵状的金属钛（Ti）称为海绵钛。
镁法海绵钛：MHTi
纳法海绵钛：NHTi
海绵钛是疏松多孔，纯度99.1-99.7%（wt），其硬度HB 为100-157，是钛工业生产的原料。
海绵钛分级见表1.
3.工业纯钛
含有一定量的氧、氮、碳、硅、铁及其他元素杂质的α相钛称为工业纯钛。
工业纯钛的含钛量≮99.0%（wt）
按杂质元素含量把工业纯钛划分为四个级别，见表2.
表1 海绵钛分级（MHTi）GB/T2524-2002
产品等级Grade 产品牌号
及H B≯
Brands
Ti不
小
于%
wt
No
less
than
化学成分（质量分数，%）Chemical Composition，% 布氏硬度
不大于
Brinell
hardness
NO more
than
杂质元素不大于（% wt）Impurity，no more than
Fe Si C1 C N O Mn Mg H
0级MHT-100 99.7 0.06 0.02 0.06 0.02 0.02 0.06 0.01 0.06 0.005 100 1级MHT-110 99.6 0.10 0.03 0.08 0.03 0.02 0.08 0.01 0.07 0.005 110 2级MHT-125 99.5 0.15 0.03 0.10 0.03 0.03 0.10 0.02 0.07 0.005 125 3级MHT-140 99.3 0.20 0.03 0.15 0.03 0.04 0.15 0.02 0.08 0.010 140 4级MHT-160 99.1 0.30 0.04 0.15 0.04 0.05 0.20 0.03 0.09 0.012 160 5级MHT-200 98.5 0.40 0.06 0.30 0.05 0.10 0.30 0.08 0.15 0.030 200
表2 工业纯钛分级GB/T3620.1-94.
牌号化学成
分组
Ti
杂质元素不大于（%）
Fe C N H O 其他元素
单一总和
TA0 工业纯钛余量0.15 0.10 0.03 0.015 0.15 0.10 0.40 TA1 工业纯钛余量0.25 0.100.03 0.015 0.20 0.10 0.40 TA2 工业纯钛余量0.30 0.100.05 0.015 0.25 0.10 0.40 TA3 工业纯钛余量0.40 0.100.05 0.015 0.30 0.10 0.40 4.钛合金
以钛为基体金属元素和含有其他合金元素及杂质元素所组成的合金称为钛合金。
钛合金举例见表3.
表3 钛合金GB/T3620.1-94
牌号化学成分组Ti Pd Mo Ni
杂质元素不大于（%）其他元素Fe C N H O 单一总和
TA9 Ti-0.2Pd 余量0.12-0.25 --- --- 0.25 0.10 0.03 0.015 0.20 0.10 0.40 TA10 Ti-0.3Mo-0.8Ni 余量--- 0.2-0.4 0.6-0.9 0.30 0.08 0.03 0.015 0.25 0.10 0.40 TC4 Ti-6Al-4V 余量--- --- --- 0.30 0.10 0.05 0.015 0.20 0.10 0.40
5.ELI钛及钛合金
具有超低间隙杂质元素的钛及钛合金称为ELI钛及钛合金。如：Ti-6Al-4V ELI.
为了改善低温钛及钛合金的塑性和韧性开发出来的超低间隙元素的钛及钛合金，由于间隙元素含量小，其溶于钛
后减小了钛晶格歪曲，随温度降低，钛的强度增加，而塑性
和韧性下降的很小，在室温-253℃条件下具有强度高，良好
的塑性和高的断裂韧性。
（二）标准
1.常用标准（钛）
（1）中国标准
①GB：国家强制性标准
②GB/T: 国家推荐性标准
③GJB: 国家军用标准
④YB: 部颁标准
⑤YY: 行业标准
⑥YS/T: 行业标准
⑦NY/T: 行业标准
（2）国际及外国标准
①ISO：国际标准化组织标准
②ANSI：美国国家标准
a.ASTM: 美国材料试验协会标准
https://www.360docs.net/doc/f417056474.html,-T(MIL-STD): 美国军标
c.AMS: 美国金属学会标准
③TOCT: 原苏联国家标准
AMTY:原苏联国家航空技术委员会标准
④JIS: 日本工业标准
⑤EN: 欧洲标准委员会标准
⑥DIN: 德国标准
WL：德国航空材料标准
⑦BS: 英国标准
⑧NF: 法国标准
2.钛及钛合金牌号对照表4
3.有关标准检验项目表5
4.产品标准参考表6、表7
5.出口用标准
（三）国际组织与标准化机构
1.部分国际组织、国家标准化机构和标准代号
2.与金属材料有关的部分国外协会、学会及专业标准代
号。
（四）热处理
1.概念
通过对金属材料采用适合的加热方式、保温、冷却以获得预期的组织形态、分布及性能的工艺称为热处理。
加热的方式有非真空加热、真空加热。冷却的方式有空冷、水冷、油冷、炉冷等。
2.真空热处理
一般指在1X10-5 Pa的真空环境中（通常最低要求
2-3X10-3 Pa的真空度），进行加热，(有时要求充惰性气体)，保温、冷却的热处理工艺称为真空热处理。
产品的出炉温度＜200℃才能保证钛的表面不被氧化，呈银白色的金属钛本色。
3.退火
对产品加热到适合温度，保温一定时间，使其冷却，获得接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。
退火目的是均匀化学成分，改善机械性能和工艺性能。例如：消除因加工引起的硬化、如消除内应力、如实现再结晶、如真空退火除气（一般是氢气）等。
（1）再结晶退火
对冷变形和热变形的金属加热到高于再结晶温度，使其破碎的晶粒和拉长的晶粒重新成核并长大成为细小的等轴
晶粒，不禁消除了加工引起的硬化，还恢复了加工变形能力，这称为再结晶退火。
考虑再结晶退火温度受产品变形率和原始晶粒的大小等影响因素，再结晶温度要比理论讲的再结晶温度高出100-150℃为宜。
所以，实际再结晶退火温度：工业纯钛为650-700℃；TC4钛合金为800-850℃。
（2）消除应力退火
消除金属材料因变形加工、切削加工、焊接加工及深加工制造等过程引起的内部应力，又不发生再结晶的退火称为消除应力退火。
如：工业纯钛消除应力退火温度550-600℃，TC4钛合金消除应力退火温度550-600℃。
4.加热
（1）非真空加热
t（℃）图示1给出了加热流程
h（分）O A B C D
图示1 加热工艺流程
OA: 炉子加热升温
AB: 装料温度工业纯钛350-400℃
TC4钛合金600-700℃
BC: 保温
CD: 冷却（一般为空冷）
保温时间h=D/2+（30-50分钟）
D为钛的直径或厚度mm.
（2）真空加热
先装炉料，然后加热并抽真空（有时真空度达到要求后充惰性气体），保温、冷却，最后出炉（出炉温度最佳＜200℃）空冷。
（3）加热特点
①加热工艺依据
钛的加热工艺主要依据其物理化学特性，其中导热率和化学活性是重要因素。
a.钛的化学活性大，其导热系数低为铜的1/2，铝的1/3，钢的1/5，说明在同一加热温度下，钛的加热时间要长，使其表面受热的时间要长，则钛截面的温度差要大，只有在加热长的时间内才达到平衡。
b.钛的化学活性大，在常温的空气中，钛表面的氧膜是一层致密、惰性和稳定的保护膜能阻止氧等向钛基体扩散。
这层氧化膜为金红石结构（TiO2），呈银白色，具有自愈性能。
但是随温度升高，钛的氧化膜发生变化，如：钛在
500-550℃的纯氧中有自燃烧特性，在空气中600-650℃时，与氧发生强烈反应，使钛表面钝化膜增厚，进而脱落，将失去对钛的保护作用。如：钛在500-560℃的空气中，有明显吸氮的特性，高于850℃发生强烈反应，使氧化膜增厚，进而促进脱落。如：在高于900℃的空气中，钛与碳发生强烈反应，增加氧化膜厚度，进而促进脱落。
特别是钛吸氢变脆特性，钛的吸氢是可逆的，即吸氢也可析出氢，但是高于300℃时吸氢大于析出氢。钛与氢反应形成氢化钛（TiH2）细小弥散的指点，使钛受脆，其冲击值大幅度下降。
针对钛的活性特性，确定合理的加热温度和保温时间对获得良好性能的钛材具有重要意义。
②过热
对钛的加热温度偏高，并保温时间过长，使其组织中的晶粒长大，导致力学性能显著降低的现象称为过热。
③过烧
对钛的加热温度过高，接近固相线时，其组织中的晶界处优先发生氧化，进而发生部分熔化的现象称为过烧。（4）钛的氧化膜
钛的氧化膜随温度不同有不同的厚度和颜色，其成分也
发生了变化。表8给出了氧化膜厚度和颜色。
加热温度（℃）氧化膜厚度（mm）氧化膜颜色＜200 极薄银白色
～300 极薄淡黄色
～400极薄金黄色
～500极薄蓝色
～600极薄紫色
～6490.005 紫色
～7040.0076 红灰色
700-800 ＜0.025 红灰色
760-871 ＜0.025 红灰色
～900 ＜0.051 灰色
927-982 ＜0.051 灰色
1038 0.102 灰色
1093 0.356 灰色
举例：在一定温度下，把试样剖开看截面的氧化膜结构及颜色变化。
①700-800℃
Ti基体（银白色）Tio（青铜色）TiO2（金红石，淡蓝色）。
②825-850℃
Ti基体Ti+TiO粉末TiO+少量Ti TiO2（深蓝
色）TiO2（浅蓝色）TiO2（黄褐色）
③875-1050℃
Ti基体TiO+少量Ti TiO TiO2（紫色粉末）TiO2（深蓝色）
5.加热设备及气愤
（1）感应加热：高频、中频及低频感应炉
（2）电接触加热：直接电阻加热
（3）燃气加热：煤气炉，液化气炉
（4）燃油加热：重油炉，柴油炉
（5）间接式电阻加热：箱式电阻丝炉、管式电阻丝炉、辊道式电阻丝炉
以上加热属非真空加热，要求加热炉内的气氛保持中性或微氧化性，绝对不允许燃气及燃油的火焰直接喷射钛的表面，不允许用氢气加热。
（五）钛材加工
（1）钛材压力加工（又称塑性加工）概念
通过压力加工设备使钛金属塑性变形，把固态钛变成为所需要的产品形态的加工过程称为压力加工。
（2）压力加工特点
①无切屑变形，金属损耗小
②获得所需要形态的同时，也获得了期望的组织与性能
③对产品适合专业化的规模生产
（3）影响压力加工因素
①确认合理的变形程度
要实现变形过程，取决于钛本身的性能，必须选择合理的变形参数即适宜的温度、速度、变形率，能避免产生裂纹、断裂、分层、折叠等缺陷和因为变形率不足而造成不希望的组织。
如：在拉制棒材过程中，所确认的温度、速度、涂层、模具等环节不合适，可能会发生塑性变形失稳，而产生拉断、颈缩等现象。
②选择适宜的设备、工具模
确认使用的压力加工设备、工具模要有足够的刚性和实现塑性变形的能力。
③确认技术经济合理的工艺路线
常用的压力加工设备繁多，选择的原则是不能“大马拉小车”，也不能“小马拉大车”，考虑的核心是成本低，质量符合，保证塑性变形的能力。
(4)变形方式
①锻造
使用锻造设备上的锤头（包括模具），对钛坯料加力，使其发生塑性变形，获得预期的形状、尺寸、组织和性能的产品的压力加工工艺称为锻造。
一般认为：加力的时间短发生了塑性变形称为锻；加力
的时间长发生了塑性变形称为压。
②轧制
使用两个旋转的轧辊之间的空隙或模具孔，对钛坯料加力，使其发生横截面积减小，而长（宽）度增加的产品的压力加工工艺称为轧制。
③拉（拔）制
钛坯料在拉力作用下，穿过模孔使其发生横截面积减小，长度增加的产品的压力加工工艺称为拉（拔）。
（5）钛及钛合金加工材生产工艺流程图示2.
（6）钛及钛合金锻造、轧（拉）制产品的工艺规程表9，表10.
表9
名称开坯锻造变形锻造成品锻造TA1-TA3 980-1000℃900-950℃830-850℃TC4 1050-1150℃1000-1050℃900-950℃
注控制终锻温度：工业纯钛＞700℃
TC4钛合金＞800℃控制变形率：＞60%
表10
名称加热温度保温时间终轧(拉)温度变形量TA1-TA3 800-850℃40-60分≮700℃＞60% TC4 920-950℃40-60分≮800℃＞60%
海绵钛合金元素或中间合金
混料
制备电极
熔炼铸锭商品锭
开坯锻造锻件
板坯
二、钛的性能
1.物理性能
（1）熔点（熔融温度）
钛的晶态和液态平衡共存的温度称为熔点
工业纯钛的熔点为1668±4℃
高纯度碘化钛的熔点为1670±4℃
（2）密度
材料每单位体积的质量称为密度。
密度表示材料致密的程度，ρ=m（质量）/v（体积）
工业纯钛的密度ρ=4.505g/cm3
TC4钛合金的密度ρ=4.45g/cm3
（3）比重
材料每单位体积的重量称为比重。
比重表示材料的重量程度r比重=g（重量）/v（体积）
工业纯钛的比重r=4.505g/cm3
TC4钛合金的比重r=4.45g/cm3
（4）比强度
是指质轻、强度高的特性指标，为密度与抗拉强的比值，比强度高是航天航空工业应用钛及钛合金的重要依据之一。
（5）相变点
相变开始转变的温度称为相变点
工业纯钛的相变点温度：αβ885℃
TC4钛合金的相变点温度：α-ββ990℃
一般工艺规定：成品热变形加工在低于相变点温度30-50℃范围内完成。
（6）晶体结构
钛金属内部原子、分子按晶体学作长程有序排列、重复的点陈称为晶体结构。
①具有密排六方晶格，出现在低于885℃，其稳定晶形状态为α型（也称α钛）。
②具有体心立方晶格，出现在高于885℃，其稳定晶形状态为β型（也称β钛）。
(7)沸点
钛的沸点为3535℃
（8）膨胀系数
钛的膨胀系数是各向异性的，常用线性膨胀系数平均数：0---100℃时，工业纯钛为8.4X10-6 cm/cm/℃（1/℃）。
钛合金为8.8X10-6
（9）导热系数
钛的导热性差，是铜的1/2，铝的1/3，钢的1/5，在一定温度下的导热系数举例：
工业纯钛25℃时为0.41卡/厘米.秒.℃
100℃时为0.036
钛合金25℃时为0.018
（10）电阻率
钛的导电性差，是铜的3.1%，其电阻系数20℃时为47.8微欧.厘米。
（11）磁化率
金属钛是顺磁性物质，其磁化率为3.15（0.02）X10-6厘米.克.秒。
钛的磁化率很小，被称为无磁性金属。
（12）弹性模量
钛在其弹性范围内，应力与应变呈正比的比例数称弹性模量。弹性模量表示材料抵抗变形的能力。
2.机械性能
钛的机械性能指标有抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、硬度、冲击值、疲劳强度、缺口敏感性、断裂韧性、耐磨性等。
（1）强度
钛抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
①抗拉强度
材料拉断前承受最大标称（力的读数）称为抗拉强度。
符号：Rm，单位：MPa
②屈服强度
材料抵抗塑性变形的能力，以20%处所取的数值称为屈服强度。符号：Rpo.2 单位：MPa
(2)断面收缩率
材料原始截面积和拉断后最小截面积的差值与原始截面积的百分比称为断面收缩率。符号：Z 单位：%
（3）延伸（伸长）率
材料拉断后的标距部分实际伸长与拉伸前原始标距长的百分比称为延伸率。符号：A 单位：%
钛及钛合金棒材的力学性能表12
表12 弹性模量比较
牌号弹性模量(公斤·力/毫米2)
工业纯钛10850
镍21000
1cr18Ni9Ti 20300
表13 棒材力学性能
室温≮
牌号标准
Rm.MPa Rpo.2 MPa A % Z %
280 170 24 30 TA0 GB/T2965*-96
GB/T13810-1997
370 250 20 30 TA1 GB/T2965*-96
GB/T13810-1997
TA2 GB/T2965*-96
440 320 18 30 GB/T13810-1997
540 410 15 25 TA3 GB/T2965*-96
GB/T13810-1997
TA4 GB/T2965*-96
895 825 10 25 GB/T13810-1997
(4)硬度
固体材料表面抵抗压入、划伤的能力称为硬度。
硬度是衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。
①钛及钛合金硬度表14
表14
名称TA0 TA1 TA2 TA3 TA4 HB ≮100 110-125 130-160 17-200 320-380
②硬度分类
有：布氏硬度HB，维氏硬度HV,络氏硬度HR，肖氏硬度HS.几种硬度值按kg/mm计算可查表得出数值之间关系。
（5）磨损
当表面相接触并做相对运动时，材料自该表面逐渐损失，甚至损伤的现象称为磨损。
3.工艺性能
金属在成形过程中的难易程度的性能称为工艺性能。
如：铸造成形的流动性、充填性、收缩性；
如深充性能；如弯曲性能等。
（1）可锻性
金属材料在锻造加工中，能实现塑性变形而不发生破裂等缺陷产品的工艺性能称为可锻性。
（2）可轧制行
（3）可切削性
金属材料能承受告诉切削的加工工艺性能为可切削性。（4）可焊接性
金属材料在焊接加工中，能获得好的焊接接头的工艺性能称为可焊接性。
（5）其他工艺性能
①翻边性能，如管材扩口；
②深冲性能，如杯突值；
③弯曲性能，如弯曲角；
④压弯性能，如管材压扁。
三、常用的术语
1.组织
对金属材料用金相方法观察到的由不同形态、不同尺寸和分布不同的单相或复相，以及内部损伤、缺陷等构成的总体称为组织。
2.相
金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能均匀组成，并在组成部分之间有分界面隔开称为相。
通常，一个相的组织称为单相，如工业纯钛是α相组织，如TB1钛合金是β组织；有多个相的组织称为复相，如TC4钛合金是α-β相组织。
3.相变
金属组织中相的数目、相的性质发生了变化，称为相变。如αα-ββ.
4.以相分类的钛及钛合金
(1)α钛合金：含有α稳定剂，在室温稳定状态下基本为α相的钛及钛合金，称为α钛合金。
如：工业纯钛：TA0-TA3.
（2）α-β钛合金：含有α稳定剂和较多β稳定剂，在室温稳定状态下由α相和β相组成的钛合金，称为α-β钛合金。
（3）β钛合金：含有足够的β稳定剂，在室温稳定状态下全部为β相的钛合金，称为β钛合金
5.相的稳定剂
（1）α稳定剂：在钛及钛合金中，优先溶解于α相并提高αβ转变温度的合金元素，称为α稳定剂。
如：间隙元素有O、C、N、H.(H为可逆元素).
置换元素有Al.
（2）β稳定剂：在钛及钛合金中，优先溶解于β相中并降低α-ββ转变温度而不发生共析反应，与β形成连续固溶体的合金元素，称为β稳定剂。
如：间隙元素有H、Si.
置换元素有V、Pa、Mo、Ni、Fe.
（2）马氏体：在太和钛合金中，β相以很高的速度
生物医用钛合金材料的研究进展
XXXX学院 生物材料学期末考查 XXXX学年第一学期 题目：生物医用钛合金材料的研究进展学院：XXX 专业：XXX 班级：XXX 姓名：XXX 学号：XXX XX年XX月XX日
生物医用钛合金材料的研究进展 XXXX XXXX学院 【摘要】：介绍了钛合金属材料的发展历程，应用要求及功能特性，阐述了钛合金材料的医学应用研究与发展前景。 【关键词】：钛合金材料；特性；应用 The application of biological titanium alloy materials XXXX XXXX University Abstract: Introduced the development history,application requirements functional characteristics ; functional properties and application research and development prospect of biological titanium alloy materials. Key Words: biological titanium alloy materials; characteristics; Application 一、简介 生物金属材料是植入人体（或动物体）以修复器官和恢复功能用的金属材料。生物金属材料是一种发展较早的生物材料，它们在医学上的应用已有很长的时间。但近20年来，与发展迅速的医用高分子材料、生物陶瓷材料和天然生物材料相比，医用金属材料的发展较为缓慢，但由于医用金属材料除具有其他材料不能比拟的高机械强度和优良的抗疲劳性外，一些材料还具有一定的韧性，所以目前在临床上仍有广泛的应用。 近年来钛及其合金在临床上的应用有明显主导地位，已逐步取代了Co-Cr合金及其不锈钢，钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应该 二、钛合金材料发展历程 医用钛及钛合金的发展经历了 3 个时代: 第一个时代是α型, 以纯钛和Ti -6 Al- 4 V为代表; 第二个时代是α+ β型, 以Ti-5Al-5Fe 和T i-6Al-7Nb 为代表; 第三个时代是目前正在研制开发的生物相容性更好、弹性模量更低的β型钛合金时代。作为人体植入物的主要金属基生物材料有不锈钢、钴基合金、钛及钛合金。由于在人体环境内不锈钢和钴基合金比较容易发生腐蚀, 溶出Ni、Cr 和Co 元素, 对人体有毒副作用。另外, 不锈钢和钴基合金的弹性模量比人体骨高很多。不锈钢的弹性模量约为210 GPa, 钴基合金的弹性模量约240 GPa, 远高于人体骨约为20~ 30 GPa 的弹性模量。而钛及钛合金以其与人体骨相近的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性能, 而在临床上得到越来越广泛的应用。 从20 世纪60 年代以来, Ti-6Al-4V 和Ti-6A1-4VELI 合金开始大量应用于医用领域。然而, 随着生物医学的发展, Kiviluto、Schiff等人通过对工业上与V 接触的工人观察和动物实验认为, V 对机体有潜在的毒性。S. G. Steineman[ 10]研究V 在兔子体内的植入行为也得出同样结论。由于大量数据证实V 对人体具有毒性作用, 因而自20 世纪80年代以来, 德国和瑞士先后研制出无V 的α+ β型钛合金T i-5Al-5Fe和T i-6Al-7Nb合金。这两种合金的力学性能与T i-6A1-4V 相近, 弹性模量为骨弹性模量的4~ 10 倍, 然而材料性能并没有较大的改进, 而且这些合金仍含有Al 元素。由于20世纪90年代不断有关于Al 对人体存在潜在危害的报告, 因此美国和日本开始研制开发了不含Al、V的低弹性模量的新型生物医用?型钛合金, 例如T i-13Nb-13Zr、T i-12Mo-6Zr-2Fe和T i?35Nb-7Zr-5T a等。 三、生物医用金属的应用要求
钛及钛合金焊接工艺分析正式样本
文件编号：TP-AR-L8424 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 钛及钛合金焊接工艺分 析正式样本
钛及钛合金焊接工艺分析正式样本 使用注意：该解决方案资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 随着科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，当前人们逐渐对钛合金焊接技术的应用重视起来。众所周知，钛和钛合金焊接工艺是我们在进行焊接工作中的重点焊接环节，因为钛的比强度相对较高，且钛的耐海水性以及耐低温性也比较高，与此同时，钛也具有无磁透声等和防抗击震动等优点。本文针对当前钛及钛合金焊接形状，对钛及钛合金具体焊接工艺进行详细分析和阐述，希望为我国焊接行业的发展贡献出一份力量。 广义来讲，钛及钛合金是以建筑结构材料形式产生的，同时由于钛及钛合金密度小以及抗拉强度相对
较高等特点现已倍受青睐。而在300摄氏度到500摄氏度的高温状态下，钛合金金属材料仍具有足够高的强度，并且钛及钛合金具有优良抗腐蚀性，被多用于船只建造。 钛及钛合金焊接工艺特点分析 工业纯钛的抗拉强度普遍偏低，要想使得工业纯钛强度达到标准要求，就得对其进行合金元素施加，对工业纯钛进行不同种类元素和不同数量元素的施加会使工业纯钛产生三种不同类型的钛合金。其中，Ti-230材质的钛合金较为常用，一般加力燃烧室滚动轴承通常是由相应支撑环组件和加强环焊接组件共同构成。 钛及钛合金焊接组织和钛及钛合金相关焊接缺陷详述 2.1.钛及钛合金焊接组织
钛合金特性及加工办法
精心整理 钛合金特性及加工方法 钛合金以其强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发动机理想的制造材料，但由于其切削加工性差，长期以来在很大程度上制约了它的应用。随着加工工艺技术的发展，近年来，钛合金已广泛应用于飞机发动机的压气机段、发动机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等结构框架件的制造。我公司某新型航空发动机的钛合金零件约占零件总数的11％。本文是在该新机试制过程中积累的对钛合金材料切削特性以及在不同加工方法下表现出的具体特点的认识及所应采取工艺措施的经验总结。 1钛合金的切削加工性及普遍原则 钛合金按金属组织分为a 相、b 相、a+b 相，分别以TA ，TB ，TC 表示其牌号和类型。我公司某新型发动 600 损严重。 要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃。 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大易烧刀，过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快；切削深度可较大，使刀尖在硬化层以下工作，有利于提高刀具耐用度。 加工时须加冷却液充分冷却。 切削钛合金时吃刀抗力较大，故工艺系统需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形，所以切削夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必要时可使用一定的辅助支承。 以上是钛合金加工时需考虑的普遍原则，事实上，用不同的加工方法时及在不同的条件下存在着不同的矛盾突出点和解决问题的侧重点。 2钛合金切削加工的工艺措施
车削 钛合金车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施： 刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。 刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度。 适中的进给量。 较深的切削深度。 选用的具体参数见表1。 表1车削钛合金参数表工序车刀前角go ° ° mm m/min mm mm/r 粗车56 精车56 铣削 了3 此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点： 相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。 铣削速度宜低。 尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀。 刀尖应圆滑转接。 大量使用切削液。 为提高生产效率，可适当增加铣削深度与宽度，铣削深度一般粗加工为 1.5～3.0mm，精加工为0.2～0.5mm。 磨削 磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差，使磨削区产生高温，从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著
生物医用钛合金材料及应用
生物医用钛合金材料及应用 摘要：随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用钛合金的 需求量快速增长。不过，已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金 中因为V和Al元素存有的致病性，所以新型医用钛合金的研发在我国 具有重大的现实意义和广阔的市场前景。本文简述生物医用钛合金分类，基本性能和应用基础；指出了其在医用领域的发展趋势；并综述 了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。 关键词：医用钛合金；开发；研究进展；加工制 生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造1。钛合金加工材的生产制备涉及冶金，压力加工，复合材料和化工等领域，是 世界上公认的高技术产品。钛及钛合金开始由航天、航空、国防军工 领域逐渐进入到民用消费领域2。诸如医疗卫生行业中的植入物，医疗器械；体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车 等产品，对钛加工材的需求量在持续增大。随着生物技术的蓬勃发展 和重大突破，生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的 一个支柱产业3。其中，钛及其合金凭借着质轻，弹性模量低，无毒无磁，抗腐蚀，强度高、韧性好等优良的综合性能，于近年来的需求量 也出现了快速稳步的增长4。同时，随着钛合金开始进入整形外科等领域，新的潜在市场需求出现，未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展 1.1医用钛合金的分类 钛合金按材料显微组织类型可分为：α型，α+β型和β型钛合金3类。 1.2医用钛合金的发展趋势 经文献调研8-14发现，国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段，第一阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V 合金为代表的；第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金；第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段。理想的生物医用钛合金材料15必须满足有以下条件：良好的生物相容性、弹性模量低、密度低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而当前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI。有文献报道16-19V元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病
Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V(TC4) Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良 好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效 使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可 在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。 表3-2 钛合金Ti-6Al-4V 成分 钛合金Ti6Al-4V 合金 碳（最大） 0.10％ 铝 5.50至6.75％ 氮 0.05％ 氧气（最大） 0.020％ 其他，合计（最大） 0.40％ *其他，每个（最大）= 0.1％ 钛 平衡 钒 3.50至4.50％ 铁（最大） 0.40％ 氢（最大） 0.015％ 比重 0.160 弹性模量（E ）的 15.2 x 10 3 ksi? 贝塔Transus 1800 to 1850 °F? 液相线温度 2976 to 3046 °F 固相线温度 2900 to 2940 ° F 电阻率 -418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft? 73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft? 986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft? 典型的室温强度计算退火钛6Al-4V 的： 极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi ） 压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi ） 极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi ） Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1. 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa ，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa ，硬度HB195。 钛的应用 元素 Al V Fe O Si C N H 其他 Ti 成分 5.5- 6.8 3.5- 4.5 0.3 0.2 0.15 0.1 0.05 0.01 0.5 余量
生物医用钛合金材料
发布日期：[2006-12-28] 共阅[2695]次 摘要综述了生物医用钛及其合金材料的最新开发应用进展与市场状况；对我国目前应用生物医用钛及其合金方面存在的问题进行了初步分析；并对这一领域的发展前景进行了展望。关键词生物医用钛及其合金材料；生物相容性；弹性模量；骨整合 1 概述生物医用材料是材料科学的一个重要分支，是用于诊断、治疗或替代人体组织、器官或增进其功能、具有高技术含量和高经济价值的新型载体材料，是材料科学技术中一个正在发展的新领域。生物医用材料对于探索人类生命奥秘、保障人类健康长寿做出更大贡献。近10多年以来，生物医用材料及制品的市场增长率一直保持在20％—25％左右，预计未来10年-15年内，包括生物医用材料在内的医疗器械产业将达到医药制品市场规模，成为21世纪世界经济的支柱产业。在生物医用金属材料中，钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节(髋、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植物产品的首选材料。目前，还没有比钛合金更好的金属材料用于临床。发达国家和世界知名体内植入物产品供应商都非常重视钛合金的研发工作，推出了一系列新的医用钛合金材料，包括具有生物活性的钛合金仿生材料，在医用钛合金材料的表面处理方面也做了很多专利性的设计与开发，赋予医用钛合金材料更好的生物活性以满足人体的生理需要，从而达到使患者早日康复的目的。世界人口近65亿，据不完全统计，伤残者接近4亿，肢体伤残者6000万，牙病患者20亿，目前生物材料器件植入者仅有3500万人，每年关节置换量约150 万例，与实际需要置换者的数量相差甚远。因此，生物医用材料市场需求潜力巨大。而作为生物医用金属材料的首选——钛及其合金需求也将大增，因此加大医用钛合金材料的研发力度势在必行[1]。 2 生物医用钛及其合金材料的发展历程、最新进展及市场状况生物医用钛及其合金材料的发展与应用经历了4个标志性阶段。 2.1 应用初期 50年代初，首先在英国和美国，商业纯钛被用来制造接骨板、螺钉、髓内钉和髋关节。由于接骨板在手术中需要塑形，以便贴敷断骨的生理解剖形状，所以直到现在，经过特殊加工处理的商业纯钛(IS05832-2)仍被用来制造接骨板及配套螺钉，如AO骨内固定植入物产品指定制造商——瑞士马特仕公司(Mathys Medical Ltd.， Switzerland)生产的全系列AO钢板及螺钉，这是高强度钛合金所不能替代的。经临床发现，使用商业纯钛制造髓内钉及髋关节存在着明显的强度、刚度不足的问题。为避免内固定植入物的断裂失效，提高植入物的强度，在英、美、俄、日等国，出现了采用高强度Ti-6A1-4V(IS05832-2)合金替代纯钛材料。 2.2 发展阶段 Ti-6A1-4V合金本身也在发展，出现了具有高断裂韧性、低裂纹扩展速率、低间隙元素型Ti-6A1-4VELI高损伤容限钛合金，直到目前占80％以上钛合金植入物产品仍在使用这种合金。虽然Ti-6A1-4V合金具有优异的性能，但由于V 元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，因而促使材料学家研究新的不含V的钛合金材料。自80年代，德国和瑞士的生物材料学家先后研制
钛合金的特性
钛合金的特性 钛合金具有电、磁、声、光、热等方面的特殊性质，或在其他作用下表面处理特殊功能的材料。 1、密度小，比强度高 金属钛的密度为 4.51g/cm3，高于铝和镁，而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。 2、弹性模量低 钛的弹性模量在常温时为106.4GPa，为钢的57%，而且与人体骨骼的弹性模量接近。3、导热系数小 金属钛的导热系数小，是低碳钢的1/5，铜的1/25。 4、抗拉强度与其屈服强度接近 钛的这一性能能说明了其屈强比高，表示了金属钛材料在成型时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。、 5、无磁性、无毒性 钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相容性，所以被医疗界所采用。 6、抗阻尼性能强 金属钛收到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可做音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。 7、耐热性好 新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。 8、耐低温性能好 钛合金TA7，TC4和半TA18等为代表的低温钛合金，其强度随温度的降低而提高，但塑性变化却不大。在-196℃~253℃低温下保持较好的延展性及韧性，避免了金属冷脆性，是低温容器和存储等设备的理想材料。 9、吸气性能 钛是一种化学性质非常活泼的金属，在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛的吸气性主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。 10、耐腐蚀性能 钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介子中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介子中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介子中式耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧介子中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械膜层也会很快自愈或重新再生。“卡乐钛制品”经营产品有： 1、建筑装饰用纯色抛光钛板、双色拼接钛板、炫彩钛板、各种花纹彩色钛及钛合金装饰板；蚀刻钛板，精雕各种花纹图像，支持定制。 2、金属钛装饰品有彩色钛壁画与壁饰、各色彩色钛制器皿与餐具、金属钛首饰； 3、定制高端金属钛制名片、标牌、挂牌等； 4、钛及钛合金制品表面抛光、着色、硬化处理代加工服务。
带你简单却全面的认识生物医用钛合金
生物医用钛合金 生物医用材料是指和生物系统相作用，用以诊断、治疗修复或替代机体中的组织、器官或增进其功能的材料。可分为医用金属材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等，其中医用金属材料占有很大的比重，特别是骨科产品、心脑血管产品。 由于钛与人体骨骼接近，对人体组织具有良好的生物相容性、无毒副作用，具有其他材料无法比拟的优势,所以医用钛在医疗领域得到了广泛的应用。 生物医用钛合金的优势 ?生物相容性：与人体发生最小的生物学反应，无毒无磁，作为人体植入物，对人体无毒副作用。 ?力学性能：高强度、低弹性模量，既满足力学要求，又与人体自然骨弹性模量相近，可减少应力屏蔽效应，更有利于人骨的生长愈合。 ?耐腐蚀性能：钛合金为生物惰性材料，在人体生理环境下有有意的抗腐蚀性能，对人体生理环境不产生污染。 ?质轻：一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%，植入人体后大幅度减轻人体的负荷量。 生物医用钛合金发展历程 金属材料是人类生物医学发展史上最早用于创伤修复和矫形治疗的传统材料。从20世纪30年代起，CoCr合金、不锈钢曾先后被用于医学领域并成为目前传统
的医用金属材料；20世纪40 年代,性能更优异的生物医用钛得到研究并证明了其临床可行性。生物医用钛合金经历了纯钛与Ti-6Al-4V钛合金、改良钛合金、低模量β钛合金三个历程： ?1950-1980年：纯钛首次用于生物医药领域，证实了良好的生物相容性。Ti6Al4V 广泛用于外科修复或替换材料。 ?1980-1990年:证实V、Al是对生物体有毒副作用的元素；开发出以Nb、Fe替代V的第二代改良新型医用钛合金。 ?1990年-至今：90年代初期开发第一个具有更好生物相容性和更低弹性模量的β钛合金Ti13Nb13Zr,从此开启了具有优异性能的生物医用β钛合金的开发和使用。 国内研究现状及问题 我国从20世纪70年代开始医用钛合金材料的研究和应用，经过前期对 Ti-6Al-4V 、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Al-2.5Fe医用钛合金的仿制研究，早在1999年西北有色金属研究院在国内首次研制出第一个具有我国自主知识产权近α型新型医用钛合金TAMZ（Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr），综合性能与Ti-6Al-7Nb相当。 在2005年，西北有色院又研制出两种新型高强低模量近β型医用钛合金 TiZrMoNb（TLE）和Ti Zr Sn Mo Nb （TLM）。中科院金属所也开发出新型低模量近β型钛合金Ti -24Nb-4Zr-7.6Sn（Ti 2448）。另外，北京有色院、哈工大、东北大学、天津大学等单位也在开展新型β型钛合金的应用及相关基础研究。 基于我国国情，拥有约13亿人口和6000万残疾人的大国，而且我国正步入老龄化社会，为此要提供大量优质的生物医用材料及器件以供临床诊治的需要。而我国在医用种植体方面的研究起步较晚，目前人工关节近一半需要进口，而牙科种植体以及一些高端植入物更是90%以上使用进口产品，价格十分昂贵，普通工薪阶层的百姓难以承受。因此，开发无毒性、低弹性模量且价格低廉的新型植入用钛合金是一个值得研究的课题。 生物医用钛合金分类及性能 生物医用钛合金按材料显微组织类型可分为α型、α+β型和β型钛合金三类。 目前临床广泛使用的材料仍以纯钛和Ti-6Al-4V合金为主，但β型钛合金由于更低的弹性模量和更好的生物相容性已成为该领域的研究热点，是最有应用前景的生物医用钛合金。 表１是各种生物医用钛合金的力学性能。图1表明各种生物医用合金的弹性模量和人体骨弹性模量的比较。可以看出, 第二代生物医用钛合金弹性模量明显比第一代低,合金设计时Nb含量有增加的趋势且都是β型钛合金, Ti-35Nb-7Zr-5Ta 和Ti-29Nb-13Ta-7.1Zr合金具有最低的弹性模量55MPa, 与人体骨的弹性模量最接近。因此开发较低弹性模量的生物医用β型钛合金已成为该领域的研究热点。 目前国内外研究最为广泛的生物医用超弹性β钛合金是Ti-Nb系超弹性β钛合表1 生物医用钛合金的力学性能
钛及钛合金的特性
钛及钛合金的特性、用途 纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。 钛属于化学性质比较活泼的金属。加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。 钛合金的用途：钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。 钛合金的性能：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 (3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。 (4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
医用钛及钛合金种植体材料的研究进展
医用钛及钛合金种植体材料的研究进展 【摘要】从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等四个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展,提出具有合适粗糙度、表面离子释放少的活性表面设计和制作将是今后的重要研究方向之一。 现代科学技术的进步已使得人类能够进行改造和创建新的生命形态，器官的人工化成为当今医学科学的尖端技术之一。其潜在的核心是医用生物材料的开发，医用生物材料的发展将使人们把处理人体失去功能组织的方法由组织去除、组织替代最终实现组织重建[1]。目前，生物材料的世界市场份额已超过120亿美元，而且由于社会的进步、技术的发展和人口老龄化的加剧，它正以7％的速度增长[2]。由于其广阔的应用前景，日本、意大利、美国等发达国家投巨资支持生物材料的研究和开发，我国亦加大了对生物材料领域的资助力度，以对抗激烈的国际竞争。人工牙、人工关节和人工骨等硬组织替代材料在医用生物材料的应用中占有较大比例,并以较快速度增长[3]。 在人工种植体的研究和应用中，钛、钛合金及其磷灰石涂层复合材料一直倍受关注。磷灰石生物陶瓷由于具有良好的生物活性和生物相容性,作为涂层材料，它能促进种植体与骨形成骨性结合，降低种植体金属离子向人体的释放和保护金属表面不受环境因素的影响。对于多孔金属种植体，能够促进骨长入[4]。因此，钛与钛合金表面热喷涂磷灰石涂层种植体材料因其优异的早期临床效应而在研究和应用中日益得到重视[5～10]。但由于金属―陶瓷界面的存在以及喷涂所引起的结晶度的降低，羟基磷灰石的分解与表面粗糙度的提高会导致涂层的剥离[11～13]和植入后涂层表面的溶解[14]，从而影响种植体的长期效果。因此不少学者近年来积极开展了新型钛合金及钛表面活性的研究。与传统的不锈钢和钴基合金相比，钛及其合金由于具有低密度、低模量、高强度、优异的生物相容性和耐腐蚀性等特点而在生物材料领域获得越来越广泛的应用，而且钛在地壳中储量丰富（0.6％,在所有元素中排第9位，在常用金属元素中仅次于铁、镁、铝排第4位），具有进一步开发的潜在优势，是理想的、应用前景广阔的生物医学工程材料。本文从钛及其合金的成分、组织与性能、钛表面的腐蚀与离子释放、钛及其合金的组织反应和钛的表面活性化处理等4个方面综述了近几年有关钛及其合金种植体材料的研究进展。 1钛及其合金的成分、组织与性能 工业纯钛（commercially－puretitanium,CPtitanium）共有4个级别，溶有不同量的H,O,N,C 和Fe。1～4级Ti最大含O量分别为（wt）0.18％,0.25％,0.35％和0.40％;最大含Fe量分别为0.20％,0.30％,0.30％和0.50％。所有4个级别的Ti中N,H,C的最大浓度分别为0.03％,0.015和0.10％[15]。Ti有20余种合金，为临床使用提供了选择的余地。Ti及其合金具有α，β两种同素异形体[16]。有研究表明Ti－6Al－4V合金中的V有毒性和不利的组织反应[17]，Al会引起神经紊乱[18],因此，人们研究和开发了不含Al,V的β型钛合金[19,20]。常用的新型医用纯钛及其合金种植体的成分、组织类型和力学性能汇总如表1所示。 2钛表面的腐蚀与离子释放 Akahori等认为金属生物材料中钛及其合金之所以具有最好的生物相容性，是因为其表面能形成一层极稳定的相－TiO2[22],氧化膜的存在还使钛合金具有优异的耐蚀性[21]。新鲜钛表面可快速形成5～10nm厚的氧化膜，在一定条件下该氧化膜可以生长[15]。可形成的氧化物包括TiO2,TiO,Ti2O3等，有研究者认为其中TiO2最常见，也有人认为Ti2O3占主导地位[23]。Ducheyne等人的研究表明，尽管钛表面被一层热力学稳定的氧化膜覆盖，但植入后钛仍向周围组织和体液释放出腐蚀产物[24]。这种腐蚀产物可引起组织细胞的变性和坏死、非特异性炎症、过敏反应，甚至导致肿瘤的形成[25]。Espoeito等研究者在分析了失败种植
生物医用金属材料
生物医用金属材料 摘要：在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上，指出了医 用金属材料应用中目前存在的主要问题，阐述了近些年生物医用金属材料的新进展，并对今后的发展进行展望分析。 关键词：生物医用金属材料现状研究进展 引言： 生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，能够植入生物体或与生物组织相糅合。它的研究及产业化对社会和经济发展的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的高度重视。 目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 而与其它几种生物材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。但生物医用金属材料在应用中也面临着一些问题，由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效，因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 生物医用金属材料 生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料。通常用于整形外科、牙科等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料，如象牙，来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者，如用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙等； 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛和钛合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
钛合金材料
钛合金材料 《新型工程材料应用》课程论文
摘要：随着新技术革命浪潮的推进，继合金钢和金属铝之后，新崛起的第三金属——钛，越来越多地渗透到工业、技术和科学的各个领域，它的魅力向人类展示了它的美好前景。本文介绍了钛合金的合金化原理、性能特性，综述近年来国内外钛合金材料的发展应用和研发状况，对钛合金材料的发展前景进行了展望。 关键词：钛合金、合金化、特性、发展 概述： 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3，熔点为1725℃，导热系数λ=15.24W/(m.K)，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。而钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。 合金化原理： 钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：（1）稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。（2）稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。应用了钛合金的产品前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。（3）对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 TA是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。TB是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。TC是双相合金，具有良好的综合
钛合金在医疗方面的应用
材料与人类文明 论文 题目：钛合金在医疗方面的应用班级： 姓名： 学号： 【摘要】
钛是非常常见的物质，海绵钛纯度能达到99.9%。钛合金产品的物理、化学性质十分稳定，不会被人体吸收，与体液和药品接触也不会发生化学反应，也不会电离，也不与人体的肌肉骨骼发生反应，因而被人们称为“亲生物金属”。因为钛具有“亲生物”性，钛在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制造人体髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。 【关键词】 材料钛合金文明生物医疗 【正文】 金属材料是最早用于临床医学的生物医用材料，目前用于外科植入物和矫形器械的金属材料主要包括不锈钢、钴基合金和钛合金三大系列，它们占整个生物材料产品市场份额的40% 左右。其中，钛合金已广泛应用于人体硬组织（包括人体躯干中所有的骨骼和牙齿）的缺损、创伤和疾病等修复、矫形及替代等治疗。20 世纪中叶以来，以钛合金为主的医用金属材料开始在人体硬组织的外科植入及人体软组织（包括心脑血管、外周血管及非血管如肝脏、胆道、尿道等）的介入治疗方面显示出独特而神奇的疗效，而钛合金人工关节、牙种植体、血管内支架和心脏瓣膜等具有中国医疗器械用钛合金材料研发、生产与应用、及典型代表性的医疗器械产品的问世，对医学的发展具有划时代的意义和革命性贡献，使得临床治疗从初级的简单“修复、矫形”治疗上升到更高层次的组织与器官的“替代式”治疗，极大改善和提高了人们的生活质量，克服了以往重大疾病 只能单纯依靠药物治疗的不足。 1.钛合金材料在我国的发展历史 上世纪七十年代初，我国开始采用了国产钛及钛合金制品，在北京多家医院，先后采用钛及钛合金人造骨头与关节用于临床治疗应用和研究，制造的髋关节、肘关节、下颌骨等用于临床治疗病人。同时，一些医院与公司的模拟人体体液的浸泡实验，电化学阳极化实验和腐蚀动力学曲线的测定，证明了钛及钛合金人造骨头与关节用于人体具有优异的耐腐蚀性，生物学反应也很小，是一种理想的人体植入物，对植入人体骨头与关节进行力学性能也经过测定，认为钛及钛合金的强度满足了人体植入物的要求。 上世纪八十年代中期以后，我国钛材用于制造人体植入物的数量增加，其中钛形状记忆合金的开发与应用达到国际先进水平。到了九十年代中期，国产钛及钛合金加工材，在矫形外科、神经外科、心血管系统、口腔颌面外科、人体外培养机等方面广泛应用。近５年，国内一大批企业成为钛及不锈钢等人体植入物生产企业。采用钛及钛合金制造的股骨头、髋关节、肱骨、颅骨、膝关节、肘关节、肩关节、掌指关节、颌骨以及心辨膜、肾辨膜、血管扩张器、夹板、假体、紧固
钛及钛合金力学性能
钛及钛合金力学性能 ，物理性能，以及相关介绍等 一。以下是个人对外六角螺栓和内六角螺栓使用情况的一点小总结，请参考俺的个人观点： 1。内六角的螺栓,适用于结构空间小,或者要求上平面是平面的情况下。 结构空间小，活动扳手占空间大,所以不能用，只能使用内六角螺栓，方便装卸。 产品要求安装后上平面是平面的情况下，主要适用于精密仪器/设备，一些设备要求安装后平面度的，或者要求整体产品外观良好，或者要求产品安装后上平面必须平，以此来避免挡碍的情况下需要使用内六角螺栓。 2。其他情况下，均建议用外六角螺栓。 3。从成本上考虑，用外六角螺栓，从外观效果上考虑，用内六角螺栓。 4。我们单位一般情况下，将内六角螺栓翻译为内六角螺钉，呵呵，请大家参考，也就是说一般意义上的内六角螺栓=内六角螺钉。当然，德标DIN和ISO 的标准正规些。 现在市场上的该类紧固件都在努力向DIN和ISO标准上靠拢。 二。钛及钛合金 钛及钛合金是导弹上重要结构材料之一。钛的密度为.507g/cm3,介于铝、铁之间。钛的熔点为1668℃比铁的熔点还高，能在高温下工作，耐热性能远超过铝。钛在含氧环境中易形成一层薄而坚固的氧化物薄膜。这层膜和基体结合牢固致密，破坏后还能自愈合，从而起到保护作用。 a.型钛合金
这类合金不能通过热处理强化，一般在退火状态下应用。它的特点是具有良好的耐热性和组织稳定性，低温性能优于其它类型钛合金。缺点是对变形抗力大，常温下强度不够高。 这类合金的牌号有TA1，…，TA7，TA8，其中TA1～TA3为工业纯钛； TA4，TA5，TA6属Ti-Al二元合金；TA4用作焊丝；TA5、TA6可用于一般结构件或耐蚀结构件；TA7是常用的典型型合金。 b.型钛合金 这类合金可通过淬火和时效得到强化，其优点是固溶处理状态下塑性很好，易加工成形，在时效状态下强度高。缺点是弹性模量低，耐热性差，焊接性能差，低温塑性不如型合金。 常用牌号为TB2，它可用于整体式固体火箭—冲压发动机的燃气发生器。 c.（+）型钛合金 这类合金的中国产品的牌号有TC1，…，TC4，…，TC10等品种，其中TC1和TC2为低强钛合金，TC3、TC4为中强钛合金，TC10属高强钛合金，TC6，TC9和TC11则属高强耐热钛合金。这类合金兼备钛合金和钛合金的优点。导弹上使用最多的是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，导弹上广泛的采用TC4钛合金制作高压气瓶，受力较大的杆式焊接支架，舵轴以及在较高热环境下工作的结构件，也可用作固体发动机壳体，压气机盘，叶片等。 (3)结构复合材料 复合材料是由两种或两种以上的性状不同的材料经选择、设计、成型而得到的一种宏观多相新材料。其组分可包括金属、非金属等各种材料，按作用又可分为基体材料和增强材料两部分。 三。钛及钛合金力学性能 牌号室温力学性能，不小于高温力学性能，不小于 抗拉强度σbMPa屈服强度σ0.2
钛合金的特性及其应用
钛合金的特性及其应用,材料工程学论文,工学论文 ［摘要］综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 ［关键词］钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热
性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加（转载自文章资源库https://www.360docs.net/doc/f417056474.html,，请保留此标记。）快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨
生物医用钛合金材料的发展概况
生物医用材料钛合金的发展概况及前景 生物医用材料的发展 生物医用材料在我国起步仅仅20年左右的时间，无论是原始创新的基础研究，还是技术创新性研究，整体水平均落后于发达国家。尽管如此，在国家自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家科技支撑计划等项目的大力支持下，近些年来我国生物医用材料的研究已从分散、低水平的重复研究，逐步集中于学科发展的方向和前沿，并取得了举世瞩目的蓬勃发展。 骨科修复材料因市场需求巨大，其研究与产业快速发展，在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距已逐渐缩小，并取得子一批具有自主知识产权的技术项目。进入21世纪以来，我国生物医用材料加速发展我国生物医用材料研究领域研究论文的发表数量正在大幅度上升、被引用的次数也不断增加，在国际刊物上所占的比重也在提高。 钛合金在生物医学方面的研发史可追溯到20世纪40年代初期，Bothe等人首先把纯钛引入到生物医学领域，他们发现钛与老鼠股骨之间无任何不良反应。10年后Leventhal又进一步研究证实了纯钛的良好生物相容性。但是，由于医用不锈钢、钴铬合金在二次世界大战期间已开始盛行，钛合金在生物医学领域的应用和发展比较缓慢。自从60年代Branemark将纯钛用于口腔种植体后，纯钛作为外科植入件材料才得到了广泛发展，随后α型钛合金Ti3Al2·5V也在临床上被用作股骨和胫骨替换材料。 纯钛等α型钛合金虽然在生理环境中抗腐蚀性优良，但其强度较低、耐磨性较差，从而限制了它在骨科较大承载部位的使用。相比之下，α+β型钛合金
Ti6Al4V具有较高的强度和综合的加工性能，它虽是为航空、航天应用设计的，但70年代后期也被广泛用于制作外科修复或替换材料如接骨板、髋关节、髓内钉等。纯钛、Ti3Al2·5V、Ti6Al4V钛合金属于第一代医用钛合金，这一时期材料和医学工作者是就地取材，没有专门开发针对生物医学工程用的钛合金。 到21世纪80年代中期，临床应用发现进行Ti6Al4V钛合金人工髋关节翻修手术时，假体周围骨组织有黑化和感染现象，随后研究证实V是对生物体有毒副作用的元素，特别是V的生物毒性要超过N，i Cr，而且此类合金的耐蚀性相对较差。到90年代中期，瑞士和德国先后开发出了第二代以Nb，Fe替代V 的α+β型两相医用钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2·5Fe，而且很快被列入国际生物材料标准，并开始在临床应用。1985年瑞士Sulzer医疗技术公司开始采用Ti6Al7Nb合金制造髋关节柄，并成功投放市场，2000年引入中国，年销数万套。 几种主要的钛合金生物医用材料概述 金属系生物医学工程材料，特别是人体植入材料，应具备下列条件。 生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。还要求具备人体组织的生物亲和性、抗血栓性等人体安全性。力学条件：高强度、高比强度；弹性模量接近骨，能促进材料与人体之间界面的牢固结合；良好的韧性；不发生疲劳现象；高的耐磨耗性。 化学条件：良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。 其他条件：非磁性、加工性能及功能材料特性。 钦和钦合金能够满足这些主要条件。比重小、强度高，能满足牙科、医学界