医用镁合金的高压扭转组织演变及热压缩变形行为研究

摘要

作为可降解生物材料的镁合金具有优异的生物相容性和力学相容性，已成为医用金属材料领域研究的一个重要方向。然而镁合金塑性和热成形性差的缺点使精密器件加工困难。本实验中试图引进高压扭转法以改善镁合金的性能。结果表明：Mg-0.8Ca％-3%Nd合金由基体相α-Mg、第二相Mg41Nd5和 Mg2Ca构成，没有新的相产生，只是该合金的滑移面发生了转变，这种转变使该镁合金的滑移面增多，有利于镁合金的塑性成形。同样，WE43合金中亦没有发生相变，但是其滑移面由锥面滑移向基面滑移转变。随着扭转圈数的增加，Mg-0.8Ca%-3%Nd镁合金中沿晶粒晶界集聚的第二相破碎并趋于均匀化分布，其显微硬度显著增加；WE43镁合金中晶粒明显细化至10圈时的200～300nm。
　　在热加工过程中低层错能的镁合金易发生动态再结晶，因此动态再结晶亦是改善镁合金综合性能的一种有效途径。本文对WE43镁合金进行热压缩试验，并结合热加工图来研究镁合金在不同变形温度和应变速率下的热变形行为，为后续镁合金ECAP处理提供必要的依据。结果表明：该合金的流变应力随着变形温度的升高和应变速率的减小而降低，其流变应力满足双曲正弦本构关系。依据该合金的热加工图和不同变形条件下的组织状态，获得WE43医用镁合金的最佳加工区间为400～450℃/0.003～0.02s-1，在此区域加工时，贡献于合金组织演变的耗散能较大，有利于动态再结晶；经金相组织观察发现，整个合金内部均匀地分布着等轴的动态再结晶小晶粒。

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第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 生物医用材料及其特性

1.3 生物材料的分类

1.4 生物医用镁合金的应用

1.5 医用镁合金塑性改性手段

1.6 镁合金流变形为研究

1.7 课题研究意义及研究内容

第2章 实验材料及分析方法

2.1 实验材料

2.2 WE43镁合金熔炼准备及熔铸过程

2.3 高压扭转实验

2.4 镁合金热压缩试验

2.5 合金物相及组织分析

2.6 本章小结

第3章 高压扭转对Mg-0.8Ca-3Nd和WE43医用镁合金组织的影响

3.1 引言

3.2 高压扭转前后Mg-0.8Ca-3Nd和WE43镁合金的物相分析

3.3 高压扭转对医用Mg-0.8Ca-3Nd合金第二相的影响

3.4 高压扭转对医用WE43镁合金微观组织的影响

3.5 本章小结

第4章 高压扭转对医用Mg-0.8Ca-3Nd合金力学性能的影响

4.1 引言

4.2 高压扭转过程中剪切应变量理论基础

4.3 高压扭转过程中Mg-0.8Ca-3Nd合金硬度的演变

4.4 本章小结

第5章 WE43医用镁合金高温流变行为研究

5.1 引言

5.2 真应力－应变曲线

5.3 WE43镁合金本构方程的构建

5.4 本章小结

第6章 医用镁合金WE43的热加工图

6.1 引言

6.2 加工图理论基础

6.3 WE43镁合金热加工图的建立

6.4 加工图的分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文