热处理对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究

论文摘要

钛凭借其优异的力学性能,良好的耐腐蚀性和生物相容性,成为当前综合性能理想的牙用修复材料。然而,钛在加工时会产生加工硬化,使其塑性降低。当前,钛在牙科应用中的主要加工方式为铸造,而铸造对钛的力学性能有很大影响,尤其是延伸率的下降导致卡环容易折断。钛铸造后的典型组织是晶粒粗大的β转变组织,由于晶粒粗大,铸件的塑性较差。工业上改善铸造组织的途径有3种:热处理、热等静压工艺和热化学工艺,并将其中一种途径作为钛铸造后的一道工序。目前牙科铸钛工序在铸件出炉后采用23℃水冷却,并没有热处理等改善铸造组织的工序。本论文将热处理技术引入牙科铸钛工序,观察热处理对牙科铸造纯钛的力学性能的影响,并进一步研究了不同热处理参数及方式作用后钛铸件的金相显微结构和断口表面形貌的变化,以期筛选出适合牙科铸钛的最佳的热处理参数和方式。本研究首先参照GB6397-86将工业纯钛TA2铸造成哑铃形金属拉伸试样,采用常规牙科铸钛方式,将铸好的铸模放入23℃水中快速冷却作为对照组（水冷组）;而将铸模放入空气中自然冷却作为实验组（空冷组）。测定其抗拉强度（σb/MPa）、屈服强度(σ0.2/MPa)及延伸率（δ/%）,并观察显微组织结构和断口形貌。结果显示:牙科铸造纯钛的铸模自然冷却后的抗拉强度和屈服强度低于水冷组,延伸率高于水冷组。说明在此铸造条件下,为减少钛铸件的铸造加工硬化,铸造完成的铸模宜采用自然冷却方式。在此基础上,分别研究了不同热处理温度及保温时间对钛铸件的力学性能影响。当热处理温度为650℃、700℃和750℃时,铸件的抗拉强度、屈服强度和延伸率均有提高（P＜0.05）;随着热处理温度的进一步提高,抗拉强度和屈服强度有下降趋势。当保温时间在0.5h-2h之间时,随着时间延长,铸件的抗拉和屈服强度无明显改变,延伸率有下降趋势（P＜0.05）。退火温度为700℃、保温0.5h的处理组在单次退火中拉伸性能最佳。不同热处理方式的研究结果显示:真空热处理后的铸件抗拉、屈服强度和延伸率均高于未进行热处理的水冷组;随着温度升高,铸件的拉伸性能均有提高,但延伸率的提高低于非真空热处理组;非真空热处理后表面形成新的反应层,而真空热处理后不再形成新的反应层。双重退火后,铸件在保持较高强度的同时,塑性有所提高,在整个实验中综合拉伸性能最佳,但耗时长。中心显微结构显示单次退火温度为700℃和双重退火后的晶粒组织较好,相对细化和均匀,并有等轴化趋势。采用扫描电镜（SEM）观察断口形貌,各组宏观断口均为混合型断口,有韧性断裂特征。其中单次退火温度为700℃和双重退火后的断口纤维区和剪切唇所占的比例较大,并且微观断口的韧窝面积大而深,显示了较好的塑性。因此,通过热处理可以提高牙科铸造纯钛的力学性能,不同的退火参数及方式处理后,钛铸件的力学拉伸性能、金相显微结构和断口表面形貌会产生相应变化。非真空热处理由于形成新的表面反应层,影响精度,可以应用于精度要求相对较低的可摘义齿;对于冠桥类精度要求较高的修复体,可采用真空退火方式。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 文献回顾
• 第一部分 钛的力学特性及铸造对其的影响
• 第二部分 钛合金的相变及热处理
• 正文
• 实验一 铸模的冷却方式对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 实验二 热处理温度对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 实验三 真空热处理对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 实验四 退火保温时间对牙科铸造纯钛力学性能影响的研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 实验五 双重退火对牙科铸造纯钛力学拉伸性能影响的研究
• 1 材料和方法
• 2 结果
• 3 讨论
• 4 结论
• 小结
• 参考文献
• 附录
• 个人简历和研究成果
• 致谢