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生物用鈦合金的疲勞試驗方法研究

發布時間:2022-01-14人氣:352

關于生物用金屬材料在生物體環境下的疲勞或者腐蝕疲勞的研究的學術性在深化的同時,斷裂工藝的復雜性也在增加,還存在許多未解的研究領域。在目前的生物環境下的疲勞試驗方法都是在研究室獨自進行的。
     本課題探討了關于生物用鈦合金的疲勞腐蝕、耐磨性、細胞的影響在內的綜合性能。具體地說試料形狀、重復速度、荷重負載方法、模擬體液、pH及溶解氧濃度等的影響因素,同時驗證了試驗方法是否妥當。

    2.實驗方法
    試樣采用的是大同特殊鋼制的Ti-6Al-4VELI合金(ASTM  F136)。疲勞試樣的形狀:標間距為12mm、直徑為6mm的準砂漏圓棒。疲勞試驗的條件:單軸拉伸負載下的頻率為10Hz,在正弦波下進行。試驗溫度在用空調將室內溫度調整到22℃下的實驗室的大氣環境下進行。疲勞負載的重復次數是107次。
生物用鈦合金的疲勞試驗參數有:試樣的表面性質、應力比、缺口的有無、重復速度、荷重負載方法、模擬體液的種類及pH、溶解氧濃度的選擇,這些均是影響因素。這里只報告了試樣的表面性質對疲勞特性的影響。關于表面性質,采用機械加工狀的試樣表面與鏡面拋光2類材進行了討論。

    3.結果
    采用接觸式表面粗糙度測量計對試料的縱向進行表面粗糙測量的結果:鏡面拋光試樣的表面粗糙度與機械加工狀的材料相比,降到了一半以下。有這樣的表面粗糙度的試樣的拉伸強度試驗結果(應力-變形曲線):不論表面粗糙度如何,最大拉伸強度、延伸率等的結果是相同的,這說明表面性質的不同,對拉伸特性沒有影響。
一方面,疲勞試驗的結果是比起機械加工狀材,鏡面拋光的試樣在各應力水平下的重復次數增加。即,表面性質對疲勞壽命的影響。重復次數增加的同時,裂紋的起點從表面的向內部轉變,內部裂紋的起始位置比起鏡面拋光材來,機械加工狀材在出現外側(靠近表面)。這是由于表面粗糙度的大的材中,在表面附近的應力狀態高,對裂紋較敏感。即表面粗糙度伴隨的凹凸的程度促進了裂紋的產生,裂紋紋理較大。因此,樣品數目的增加,裂紋起點與應力分布的關系進行了詳細解析,這樣就明白了課題之一:表面性質對疲勞特性的影響。

    4.結論
    本研究側重于生物用鈦合金的疲勞相關的各種條件,探討了綜合疲勞試驗方法及其特性。尤其是報告了試樣的表面性質,即弄清了表面粗糙度對疲勞特性的影響。

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