Технологічні особливості одержання сплавів та лігатур системи TI–ZR–NB–SN в умовах електронно-променевої ливарної технології

Анотація

УДК 669.295:621.9.048

Електронно-променева ливарна технологія є унікальним методом для одержання литих виробів та напівфабрикатів з широкого ряду титанових сплавів. Великий інтерес дана технологія може представляти при одержанні сплавів для ендопротезування. Особливо складною та важливою задачею в цьому контексті є виплавка сплавів системи Ti-Zr-Nb-Sn з високою міцністю та низьким модулем пружності. В результаті експериментального відпрацювання технологічних режимів виплавки вказаних сплавів було встановлено можливість одержання складнолегованих титанових сплавів з високим вмістом цирконію та ніобію. Показано, що при вмісті ніобію в шихті більше 30 %мас. відбувається зменшення концентрації титану і цирконію в розплаві через їх наморожування на стінках гарнісажу. В результаті відбувається зміна хімічного складу розплаву, кількість ніобію в якому може перевищувати 50 %мас. Максимальна кількість олова, яка може бути засвоєна в розплавах на основі титану в умовах ЕПЛТ складає 5 %мас., а на основі ніобію – вдвічі менше. Доведено, що одержання розплавів системи Ti-Zr-Nb-Sn точного хімічного складу за допомогою обраного способу є складною і
досі невирішеною задачею, але завдяки можливості виплавки її в умовах сплавів з високим вмістом ніобію та цирконію, даний метод є ефективним у виробництві лігатур і заготовок для одержання порошків, що використовуються в якості сировини для адитивних технологій.

Список літератури

1. Wang K. The use of titanium for medical applications in USA. (1996). Material Science and Engeneering. Vol. 213, pp. 134–137. https://doi.org/10.1016/0921-5093(96)10243-4
2. Silva H.M., Schnedek S.G., Neto C.M. (2004). Study of nontoxic aluminum and vanadiumfree titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engeneering C. No 24 (5), pp. 679–682. https://doi.org/10.1016/j.msec.2004.08.051
3. Niinomi M. (1999). Recent titanium R&D for biomedical applications in Japan. JOM. Vol. 51, pp. 32–34. https://doi.org/10.1007/s11837-999-0091-x
4. Niinomi M. (2008). Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. Vol. 1, Issue 1, рp. 30–42. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2007.07.001
5. Yoshimitsu O., Yoshimasa I., Atsuo I., Tetsuya T. (1993). Effect of alloying elements on mechanical properties of titanium alloys for medical implants. Materials transactions JIM. Vol 34(12), pp. 1217–1222. https://doi.org/10.2320/matertrans1989.34.1217
6. Shneider S., Shneider S.G., Silva H.M., Moura Neto C. (2005). Study of the Non-Linear Stress-Strain Behavior in Ti-Nb-Zr Alloys. Materials Research. Vol. 8(4), pp. 435–438. https://doi.org/10.1590/S1516-14392005000400013
7. Moshin T. M., Zahid A. K., Arshad N. S. (2014). Beta Titanium Alloys: The Lowest Elastic Modulusfor Biomedical Applications: A Review. International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering. Vol:8(8), pp. 726–731.
8. Zhang L.C., Klemm D., Eckert J., Hao Y.L., Sercombe T.B. (2011). Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy. Scripta Materialia. Vol. 65, рр. 21–24 https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2011.03.024
9. Meng Q., Zhang J., Huo Y., Sui Y., Guo S., Zhao X. (2018). Design of low modulus beta-type titanium alloys by tuning shear modulus C44. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 745, pp. 579–585. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.02.259
10. Titanium: a technical guide, 2nd edition / Ed. by Metthew J., Donachie Jr. Winchester, USA: ASM International, 2000. 380 p.
11. S. Ladokhin et al. Features of Obtaining Titanium Alloys of Ti−Al−Si−Zr−Mo−Nb−Sn System under Conditions of Electron-Beam Foundry Technology. Casting processes. 2020. Vol. 140 (2), pp. 8–14. https://doi.org/10.15407/plit2020.02.008
12. P. Kaliuzhnyi , M. Voron, O. Mykhnian, A. Tymoshenko, O. Neima, O. Iangol. (2021). Interaction of titanium with ceramic molds in the conditions of electron beam casting technology. Archives of Foundry Engineering. Vol. 21 (3), pp. 27–32. https://doi.org/10.24425/afe.2021.136109
13. Prilutsky V. P., Akhonin S. V., Schwab S. L., Petrychenko I. K. (2018). Effect of Heat Treatment on the Structure and Properties of Titanium Alloy VT22 Welded Joints Produced by TIGWelding with Flux-Cored Wire. Materials Science Forum. Vol. 927, рр. 119–125. https:// doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.927.119