home

Физико-механически и прочностные свойства сплавов на основе никелида титана

?
Математика и механика

УДК 539.21:539.42.214

ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ И ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
НА ОСНОВЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА (ТН–10, ТН–20, ТН–1В)
1

2

М.И. Солдатова , В.Н. Ходоренко , В.Э. Гюнтер

1,2

1

Томский государственный университет
2
НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы СФТИ при ТГУ, г. Томск
E mail: hodor_val@mail.ru
Проведено исследование физико механических свойств сплавов на основе никелида титана ТН–10, ТН–20, ТН–1В. Установлено,
что величина деформации разрушения и значение напряжения разрушения каждого из сплавов определяются состоянием ма
трицы, в котором сплав находится при заданной температуре деформации, и вкладом мартенситных механизмов деформации,
протекающих при нагрузке. Показано, что сформированная структура и величина пластической составляющей деформации
сплавов оказывают существенное влияние на вид и характеристики излома.
Ключевые слова:
Мартенситное превращение, физико механические свойства, предел прочности, поверхности разрушения.
Key words:
Martensitic transformation, physical mechanical properties, limit of strength, fracture surface.

Введение

Поиск и разработка новых материалов для из
готовления медицинских имплантатов постоянно
находятся в центре внимания материаловедов. По
требность в изготовлении и разработке импланта
тов из сплавов на основе никелида титана в по
следние годы достигло промышленных масштабов
и требует всё более высокого уровня технологии
производства и обработки материалов. Сплавы
на основе никелида титана, проявляющие эффек
ты памяти формы и сверхэластичности, использу
ются в различных областях медицины [1, 2]. В за
висимости от решения конкретных задач, при ис
пользовании имплантатов из никелида титана
нужно выбирать такой сплав, который характери
зуется необходимым температурным интервалом
формоизменения, заданной степенью восстано
вления формы, определенной величиной обрати
мой деформации и необходимым уровнем проч
ностных свойств. К числу факторов, влияющих
на изменение физико механических свойств им
плантатов, изготовленных из проволочных образ
цов сплавов на основе никелида титана, относятся
сложная технология получения проволочных полу
фабрикатов, при которой сплавы подвергаются
воздействию больших степеней деформации и вы
соким температурам отжига, а также изменение со
става сплава, связанное с увеличением или умень
шением концентрации никеля, титана и легирую
щих элементов.
Изменение фазовых границ при отклонении со
става от области гомогенности системы TiNi приво
дит при излишке титана или никеля к появлению
в исходной матрице вторичных фаз: обогащенных
титаном (Ti2Ni) и обогащенных по никелю (TiNi3).
Мартенситные превращения, обусловливающие
эффекты памяти формы и сверхэластичности, ха
рактерны только для соединения TiNi, и выделение
указанных фаз, сопровождающееся обеднением
матрицы одним из компонентов, изменяет харак

теристики и последовательность структурных пре
вращений [1–3]. Более того, наличие в исходной
B2 матрице фаз выделений Ti2Ni, TiNi3, различных
по структуре, размеру и степени их распределения,
оказывает существенное влияние на кинетику мар
тенситного превращения, морфологию мартенси
тной фазы и, как следствие, на изменение физико
механических свойств: предела текучести, проч
ностных и пластических характеристик сплавов
на основе никелида титана.
Промышленные сплавы на основе никелида
титана ТН–10, ТН–20, ТН–1В соответствуют
по своим физико механическим и гистерезисным
свойствам поведению живых тканей организма
и находятся в ряду наиболее перспективных меди
цинских материалов. Такие сплавы позволяют соз
давать функциональные имплантаты с различны
ми величинами развиваемых усилий при эффектах
памяти формы и высоким уровнем прочностных
свойств при изменении формы и многократных
механических воздействиях.
В этой связи исследование физико механиче
ских и прочностных свойств сплавов на основе ни
келида титана ТН–10, ТН–20, ТН–1В в широком
диапазоне температур является важной научной
и практической задачей.
Материалы и методы

Состав исследованных сплавов на основе нике
лида титана ТН–10, ТН–20, ТН–1В (основу спла
вов составляет Ti, Ni, Mo, Fe) приведен в табл. 1.
Восстановление формы сплавов после деформации
происходит в следующих интервалах: ТН–10
+(10…35) °С, ТН–20 +(25…55) °С, ТН–1В
+(45…75) °С.
Проволочные образцы были получены путем
ротационной ковки, волочения, протяжки через
фильеры указанных сплавов и промежуточных от
жигов при температурах 650…700 °С. Размеры ис
следуемых образцов составляли 1×60 мм.
135