Analiza defekta medicinske TC4ELI ploče od legure titana

Sažetak: Utvrđeno je da određena medicinska ploča od legure titanijuma TC4ELI ima prodorne defekte svetle trake tokom pregleda pri malom uvećanju. Vrste i uzroci defekta analizirani su metalografskim pregledom, analizom skenirajućim elektronskim mikroskopom, analizom energetskog spektra i ispitivanjem tvrdoće. Rezultati Pokazuje da je ovaj defekt defekt segregacije bogat titanom + intersticijski element, koji je uzrokovan neujednačenom veličinom čestica titanijumskog spužve i neravnomjernom raspodjelom međusmjese legure tokom procesa proizvodnje ingota od legure titana. Preporučuje se da se ovaj nedostatak smanji ili otkloni kontrolom sirovina i procesa topljenja. defekt.

TC４ELI legura titana postala je medicinski hirurški implantat zbog svoje dobre biokompatibilnosti, niskog modula elastičnosti, male gustine, dobrih antikorozivnih svojstava, netoksičnosti, visoke čvrstoće, dugog vijeka trajanja, velike plastičnosti u prostoriji temperature i lako se formira. Idealan materijal za medicinske uređaje [1-2]. Medicinske TC4ELI ploče od legure titanijuma se uglavnom koriste za popravku lobanje, presađivanje kostiju, itd., koje imaju veće zahtjeve za čvrstoću, vijek trajanja, plastičnost, itd. Prema GB/T 13810-2017 «Hirurška implantacija za obradu titana i legure titana materijali za medicinsku upotrebu», ako se segregacija, metalne ili nemetalne inkluzije i drugi vizuelno vidljivi metalurški defekti pronađu u strukturi malog povećanja materijala od legure titana koji se koriste u implantatima, serija proizvoda će se ocijeniti kao nekvalificirana. Segregacija je manifestacija neujednačenog sastava mikroregije materijala legure titana u strukturi. Medicinska TC4ELI ploča je dvofazna legura titana tipa +. Ako je njegov sastav mikroregije neujednačen, to će uzrokovati abnormalnosti u makro i mikrostrukturi, što će dovesti do abnormalnosti. Postoji značajna razlika u tvrdoći između normalnog i normalnog područja, što će dovesti do neujednačenih ukupnih performansi materijala od legure titana, čime se smanjuje čvrstoća materijala, vijek trajanja i plastičnost, i na kraju dovodi do ranog kvara materijala [{{ 13}}].

Tokom posmatranja sa malim povećanjem određene medicinske ploče od legure titanijuma TC4ELI, pronađeno je abnormalno područje u obliku trake širine oko 5 mm. Kada je njegov dio presretnut i promatran pri malom uvećanju, otkriveno je da je područje u obliku trake svijetla traka. Da bi se tačno odredio tip kvara, potrebno je identifikovati kvar. Autor je ispitao i analizirao uzroke.

1 Fizička i hemijska ispitivanja
1.1 Metalografsko ispitivanje
Koristite Observer. Metalografski mikroskop tipa AIM ZEISS korišten je za metalografsko ispitivanje područja svijetle trake i normalne površine ploče od legure titana TC4ELI. Kao što se može vidjeti sa slike 2, područje svijetle trake je jednofazna ravnoosna struktura, koja pokazuje strukturne karakteristike slične segregaciji, dok je normalna površina u strukturi tipične TC4ELI legure titana obrađene u + dvofaznom području, sve originalne granice zrna su potpuno polomljene, tako da se može utvrditi da je područje svijetle trake defekt segregacije.

1.2 Analiza skenirajućim elektronskim mikroskopom
Skenirajući elektronski mikroskop s emisijom hladnog polja (SEM) JSMG6700 korišten je za analizu morfologije područja svijetle trake i normalne površine ploče od legure titana TC4ELI. Kao što se može vidjeti sa slike 3, jednofazna ravnoosna struktura u području svijetle trake je jasnija, a normalna površina pokazuje + Karakteristike obrađene strukture dvofaznog područja su u skladu s rezultatima metalografskog ispitivanja, i dalje je utvrđeno da je područje svijetle trake defekt segregacije.

1.3 Analiza energetskog spektra
Energetski spektrometar (EDS) priključen na skenirajući elektronski mikroskop korišten je za analizu mikrokomponenti na području svijetle trake i normalnoj površini ploče od legure titana TC4ELI. Rezultati analize su prikazani u tabeli 1. Može se vidjeti da je sadržaj vanadijuma u normalnom području nešto veći od standardne vrijednosti. Osim toga, sadržaj ostalih elemenata je u skladu sa zahtjevima GB/T 3620.1-2016 "Gradovi i hemijski sastav titanijuma i legura titanijuma"; sadržaj titana, aluminija i vanadijuma u području svijetle trake nije unutar standardnog raspona, a očito je i sadržaj bogat titanijumom. , siromašna aluminijumom i siromašna vanadijem, a sadržaj kisikovog elementa je gornja granica standardnog raspona, procjenjuje se da ploča od legure titana TC4ELI ima defekte segregacije bogate titanom.

1.4 Ispitivanje tvrdoće
Segregacija titanijumskih legura može se podijeliti na tvrdu segregaciju (tvrdoća dijela za segregaciju je veća od tvrdoće normalne zone, također poznata kao krta segregacija) i meku segregaciju (tvrdoća dijela za segregaciju je niža od tvrdoće normalna zona) prema razlici između tvrdoće dijela segregacije i normalne zone. Poznato i kao nekrhka segregacija). Micro-Vickers testovi tvrdoće su provedeni na području svijetle trake i normalnoj površini ploče od legure titana TC4ELI. Izmjereni rezultati bili su 383HV i 327HV respektivno. Može se vidjeti da je tvrdoća područja svijetle trake znatno veća od tvrdoće normalnog područja. Tip segregacije u području svijetle trake je krta segregacija[11].
2 Analiza i diskusija
Područje svijetle trake TC4ELI titanijumske legure je defekt segregacije. Ovaj nedostatak je uzrokovan nepotpunim legiranjem čestica srednje legure. To je segregacija bogata titanom, ali nije uobičajena segregacija bogata titanom jer bi tvrdoća područja segregacije bogata titanom trebala biti niža od normalne površine [12], a tvrdoća područja segregacije defekta ( površina svijetle trake) limova od legure titana TC4ELI veća je od normalne površine, što je u skladu sa karakteristikama segregacije međuprostornih elemenata. Intersticijski elementi se posebno odnose na kisik, ugljik i dušik. elementi. Visok sadržaj kisika u području segregacijskog defekta potvrđuje ovaj rezultat. Obogaćivanje intersticijskih elemenata će povećati temperaturu transformacije beta faze legura titanijuma, povećati tvrdoću alfa faze i učiniti materijal krhkim. Ukratko, TC4ELI titanijum Tip segregacionih defekata u limovima od legure je bogat titanijumom + segregacija međuprostornih elemenata.
Uzrok ovog defekta segregacije uglavnom je povezan s procesom topljenja legure titana. Defekt segregacije je već formiran u proizvodnji ingota. Trenutno, kineska preduzeća za proizvodnju legure titanijuma uglavnom usvajaju troprolaznu metodu topljenja potrošnog materijala u elektrolučnoj peći koja se koristi tokom procesa pripreme elektroda. Nepravilna upotreba može lako dovesti do kontaminacije metala ili stvaranja vatrostalnih oksida i nitrida. Nepravilan odabir struje i napona će uzrokovati da zona topljenja ne postigne termičku ravnotežu tokom procesa topljenja, a također će uzrokovati promjene u dubini rastopljenog bazena, što će rezultirati neujednačenom veličinom čestica titanijumskog sunđera. Neravnomjerna distribucija mješavine matične legure će uzrokovati obogaćivanje i iscrpljivanje elemenata legure u lokalnim područjima materijala, uzrokujući odstupanje tačke fazne transformacije u ovoj oblasti. Tokom naknadnog procesa vruće obrade, postepeno će evoluirati u abnormalnu strukturu i formirati defekte segregacije. [12G18].
3 Zaključci i prijedlozi
TC4ELI limovi od legure titanijuma imaju defekte segregacije međuprostornih elemenata bogatih titanom. Ovaj nedostatak je uzrokovan neujednačenom veličinom čestica titanijumskog sunđera i neravnomjernom raspodjelom međusmjese legure tokom procesa proizvodnje ingota od legure titanijuma.
Preporučuje se smanjenje ili otklanjanje ovakvih nedostataka jačanjem kontrole sirovina i smeša, kao i izborom napona i struje tokom procesa pripreme i topljenja elektroda.
reference:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Istraživanje biokompatibilnosti medicinskih legura titanijuma[J]. Journal of Medical Research, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei, itd. Procjena biokompatibilnosti novih medicinskih legura titanijuma [J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin, itd. Utjecaj tehnologije termičke obrade na mikrostrukturu medicinskih štapova od legure TC4 [J]. Titanium Industry Progress, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei, itd. Sastav, struktura i mehanička svojstva štapića od legure Ti6Al4V (ELI) za hirurške implantate [J]. Kineski časopis za obojene metale, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua, et al. Trenutni status i napredak dizajna, razvoja i primjene novih medicinskih materijala od legura titanijuma za hirurške implantate [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong, et al. Napredak istraživanja strukture i svojstava novih biomedicinskih legura titanijuma[J]. Biomedicinsko inženjerstvo i klinika, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie, itd. Kontrola mikrostrukture i učinak skupljanja noktiju u obliku slova U medicinskih štapova od legure titana TC4 [J]. Fizička i hemijska ispitivanja (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu, et al. Analiza loma koštanih ploča od legure titanijuma TA3 za hiruršku implantaciju [J]. Fizička i hemijska ispitivanja (fizika), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai, itd. Istraživanje svojstava legure titana TiG6AlG4VELI za žicu kičmenog vrha[J]. Tehnologija termičke obrade, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing, itd. Istraživanje mikrostrukture i mehaničkih svojstava TiG6AlG4V ELI lima od legure [J]. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen, et al. Mikroskopsko ispitivanje tvrdoće po Vickersu titanijumom bogate faze precipitacije legure VG5CrG5Ti[J]. Fizička i hemijska ispitivanja (Physics Volume), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Analiza uobičajenih defekata segregacije u - dvofaznim šipkama od legure titana[J]. Fizička i hemijska ispitivanja (fizika), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi, itd. Primjer analize metalurških defekata legure titanijuma[J]. Fizička i hemijska ispitivanja (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 titanijuma[J]. Inženjering materijala, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. Analiza defekta svijetlih pruga u šipkama od legure titana TC4 [J]. Fizička i hemijska ispitivanja (fizika), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. Analiza uzroka pucanja štapa od legure titana TC11[J]. Fizička i hemijska ispitivanja (Physics Volume), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Analiza loma vijaka od legure titana visoke čvrstoće [J]. Fizička i hemijska ispitivanja (Physics Volume), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et al. Analiza uzroka loma žice nikl-titan [J]. Fizička i hemijska ispitivanja (Physics Volume), 2018, 54(11):829G832.