Полуфабрикаты титановых сплавов с ультрамелкозернистой (нано-) структурой
Назначение
Предназначены для изготовления высокопрочных изделий и конструкций из титановых сплавов медицинского и технического назначения
Краткая характеристика
Разработаны технологические режимы, позволяющие сформировать ультрамелкозернистую (нано) структуру в крупногабаритных заготовках a+b титановых сплавов (ВТ6, ВТ14, ПТ-3В и др.) путем механотермической обработки с использованием методов интенсивной пластической деформации. Такая структура со средним размером зерен 200-400 нм может быть сформирована в заготовках указанных сплавов размерами до 50x50x80 мм3 или в виде прутков квадратного сечения размерами от 1x1 мм2 до 10x10 мм2 различной длины, а также фольг с минимальной толщиной до 10 мкм (рис. 1).
Технико-экономические показатели
Пределы прочности и текучести полученных материалов на 30-50% превышают соответствующие для крупнозернистых аналогов и могут достигать, например, для сплава ВТ6 1450 и 1350 МПа соответственно, при сохранении высокой пластичности ~12%. Повышаются также и усталостные характеристики (предел выносливости сплава ВТ6 на базе 106 циклов достигает 700 МПа). Полученная ультрамелкозернистая (нано) структура остается стабильной до сравнительно высоких температур (для сплава ВТ6 - до 600оС). При этом температура проявления сверхпластичности в таких материалах снижается примерно на 200-250 градусов по сравнению с обычными поликристаллическими сплавами, что создает предпосылки для оптимизации режимов технологической формовки и получения готовых изделий из указанных материалов.
Области применения
В рамках выполнения госконтракта № 02.523.11.3007 по теме «Разработка опытно-промышленных технологий получения нового поколения медицинских имплантатов на основе титановых сплавов» были разработаны и согласованы с ГУП РТ «Всероссийский научно-исследовательский проектный институт медицинских инструментов» (ВНИПИМИ, г. Казань), Технические условия на прутки из титанового сплава ВТ6 с УМЗ структурой, предназначенные для изготовления высокопрочных изделий и элементов конструкций медицинского и технического назначения. Изготовлена и поставлена во ВНИПИМИ опытная партия прутков сплава ВТ6 УМЗ, из которой были изготовлены кортикальные винты диаметрами 3,5 и 4,5 мм. Проведенные испытания указанных винтов продемонстрировали их высокие механические свойства, в том числе на скручиваемость в соответствие с ГОСТ Р 50581-93, что показало перспективность их практического использования в медицинской имплантологии. Также прутки ВТ6 с ультрамелкозернистой структурой были поставлены на ФГУП «Опытный завод РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова» Росздрава (г. Курган), где из них были изготовлены стержни-шурупы Æ4 мм для чрескостного остеосинтеза, показавшие высокие свойства при динамических испытаниях на усталостную прочность.
Совместно с ОАО «ПО «Севмаш» (г. Северодвинск) на основе титанового сплава ПТ-3В с ультрамелкозернистой структурой разработаны волноводы высокоамплитудных акустических (ультразвуковых) систем различного назначения (рис.2). Проведенные испытания показали, что волноводы из указанного сплава с ультрамелкозернистой структурой демонстрируют увеличение ресурса работы (многоцикловой нагрузки) в условиях повышенной плотности мощности ультразвуковой системы по сравнению с крупнозернистым материалом. При этом разрушение волноводов из УМЗ сплава происходит при более высокой (примерно в 1,5-2 раза) подводимой мощности ультразвукового сигнала. Полученные результаты создают хорошие предпосылки для разработки на основе титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой волноводов акустических (ультразвуковых) систем с повышенным ресурсом работы в условиях высокой плотности мощности (амплитуды смещения более 50 мкм).
Основные преимущества
Высокая удельная прочность и технологичность титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой позволяет рассматривать их как перспективные для использования в таких областях как медицина, авиакосмическая промышленность, машиностроение и др.
Стадия разработки
На базе НОЦ ТГУ по нанотехнологиям создан опытно-технологический участок по получению с использованием методов интенсивной пластической деформации полуфабрикатов титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой.
Правовая защищенность
Патент РФ №2334582, опубликовано БИ №27, 27.01.2008 г.
Коммерческие предложения
- договор о дальнейших исследованиях и разработках для получения промышленной технологии,
- договор на изготовление и поставку продукции
Контактная информация
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4
Тел.: (3822) 28-69-50
Факс: (3822) 49-12-45
E-mail: nev@ispms.ru