Термическая стабильность микроструктуры сплава Mg-Y-Nd в экструдированном состоянии
| Parent link: | Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты): научно-технический и производственный журнал/ Новосибирский государственный технический университет.— .— Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999-.— 1994-6309 Т. 26, № 2.— 2024.— С. 174-185 |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана. Введение. На сегодняшний день биорезорбируемые магниевые сплавы, обладающие необходимым комплексом физико-механических, коррозионных и биологических характеристик, являются перспективными материалами в ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии. Добавление в состав магниевых сплавов редкоземельных элементов (РЗМ), таких как иттрий, неодим и церий, приводит к улучшению характеристик сплавов. В сравнении с широко используемыми титановыми сплавами магниевые сплавы имеют ряд преимуществ: они способны резорбировать в организме, что исключает необходимость повторных хирургических операций по извлечению имплантата. Биосовместимые сплавы на основе магния характеризуются достаточно низким модулем упругости (10-40 ГПа), близким к модулю упругости кортикальной кости, что снижает контактное напряжение в системе кость-имплантат. В то же время уровень прочностных свойств магниевых сплавов, легированных РЗМ, не всегда соответствует требованиям, предъявляемым для медицинских приложений. Перспективными являются методы интенсивной пластической деформации (ИПД), например равноканальное угловое прессование, кручение под давлением, мультиосевая ковка (abc-прессование), экструзия и другие, позволяющие за счет измельчения зерненной структуры достигать высокого уровня механических свойств в металлах и сплавах. Применение методов ИПД существенно повышает конструктивную прочность магниевых сплавов в результате получения ультрамелкозернистого (УМЗ) и (или) мелкозернистого (МЗ) состояния. Актуальными являются вопросы, связанные с исследованием термической стабильности и структурно-фазового состояния сплавов на основе магния с необходимым уровнем механических свойств. Целью работы являлось установление влияния термического воздействия на микроструктуру экструдированного сплава Mg-Y-Nd. Методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран сплав Mg-2,9Y-1,3Nd (масс. %): Mg 95,0; Y 2,9; Nd 1,3; Fe £ 0,2; Al £ 0 в экструдированном состоянии. С целью исследования термостабильности микроструктуры образцы сплава отжигали в течение одного часа в аргоне при температурах 100, 300, 350, 450, 525 °С. Микроструктуру и фазовый состав образцов исследовали с помощью оптической микроскопии, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Результаты и обсуждение. Показано, что в деформированном экструзией магниевом сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd формируется бимодальная мелкозернистая микроструктура. Установлено, что помимо стабильной основной a-фазы магния в структуре образуются также интерметаллидные частицы Mg24Y5 и выделения b-, b¢- и b1-фаз. Термическое воздействие в интервале температур 100…450 °С в течение одного часа не оказывает влияния на общий характер структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd, но способствует увеличению линейных размеров выделений b-, b¢- и b1-фаз. В диапазоне температур отжига 300…450 °С наблюдается изменение морфологии b-, b¢- и b1-фаз при сохранении среднего размера зерна основной a-фазы. Отжиг при 525 °С приводит к заметной трансформации бимодальной микроструктуры, связанной с активным ростом зерна основной фазы и размеров частиц Mg24Y5, а также выделений b-, b¢- и b1-фаз. Отжиги в интервале температур 100…450 °С приводят к увеличению линейных размеров частиц Mg24Y5, выделений b-, b¢- и b1-фаз и сохранению бимодальной структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd. Introduction. Today, bioresorbable magnesium alloys possessing the required physical, mechanical, corrosion, and biological properties, are promising materials for orthopedic and cardiovascular surgery. The addition of rare earth elements such as yttrium, neodymium, and cerium to magnesium alloys improves its properties. Compared to widely used titanium alloys, magnesium alloys have a number of advantages. Bioresorbable materials slowly dissolve in the body, and recurrent operation to remove the implant is not needed. Biocompatible magnesium alloys have a fairly low elastic modulus (10 to 40 GPa), approaching to that of cortical bone, that reduces the contact stress in the bone-implant system. At the same time, strength properties of magnesium alloys alloyed with rare earth elements do not always meet the requirements for medical applications. Severe plastic deformation, for example, equal channel angular pressing, torsion under quasi-hydrostatic pressure, uniaxial forging, extrusion, is therefore very promising technique to gain the high level of mechanical properties of metals and alloys. Severe plastic deformation of magnesium alloys improves its structural strength by 2.5 times due to the generation of an ultrafine-grained and/or fine-grained structure. The issues related to the study of heat resistance, structure and phase composition of magnesium alloys with appropriate strength are relevant. Purpose of the work is to determine the influence of thermal effects on the microstructure of the extruded Mg - Y - Nd alloy. Methodology. The extruded Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy (95.0 wt. % Mg , 2.9 wt. % Y , 1.3 wt. % Nd , £ 0.2 wt. % Fe , £ 0 wt. % Al ) is investigated in this paper. The thermal stability of the alloy microstructure is studied after annealing at 100, 300, 350, 450 and 525 °С in argon for one hour. The microstructure and phase composition are investigated using optical, transmission and scanning electron microscopes and analyzed on an X-ray diffractometer. Results and discussion. The extruded Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy has the bimodal fine-grained microstructure. It is found that along with the stable α- Mg phase, the alloy structure consists of Mg24Y5 intermetallic particles and b-, b¢-, and b1-phase precipitates. Annealing in the temperature range of 100-450 °С for one hour has no effect on the structure of the Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy, but promotes the growth in the linear dimensions of b-, b¢-, and b1-phases precipitates. In the temperature range of 300-450 °С, the morphology of b-, b¢,- and b1-phases changes, while the average grain size of the major a-phase remains unchanged. Annealing at 525 °С leads to a notable transformation of the bimodal microstructure of the alloy, which is associated with the intensive growth in the grain size of the a-phase, Mg24Y5 particles, and b-, b¢-, and b1-phases precipitates. Annealing in the temperature range of 100-450 °C leads to an increase in the linear dimensions of Mg24Y5 particles, b-, b¢-, and b1-phases precipitates and bimodal microstructure of the Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy remains unchanged. Текстовый файл |
| Language: | Russian English |
| Published: |
2024
|
| Series: | Материаловедение |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.2-174-185 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=676519 |
| Summary: | Заглавие с экрана. Введение. На сегодняшний день биорезорбируемые магниевые сплавы, обладающие необходимым комплексом физико-механических, коррозионных и биологических характеристик, являются перспективными материалами в ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии. Добавление в состав магниевых сплавов редкоземельных элементов (РЗМ), таких как иттрий, неодим и церий, приводит к улучшению характеристик сплавов. В сравнении с широко используемыми титановыми сплавами магниевые сплавы имеют ряд преимуществ: они способны резорбировать в организме, что исключает необходимость повторных хирургических операций по извлечению имплантата. Биосовместимые сплавы на основе магния характеризуются достаточно низким модулем упругости (10-40 ГПа), близким к модулю упругости кортикальной кости, что снижает контактное напряжение в системе кость-имплантат. В то же время уровень прочностных свойств магниевых сплавов, легированных РЗМ, не всегда соответствует требованиям, предъявляемым для медицинских приложений. Перспективными являются методы интенсивной пластической деформации (ИПД), например равноканальное угловое прессование, кручение под давлением, мультиосевая ковка (abc-прессование), экструзия и другие, позволяющие за счет измельчения зерненной структуры достигать высокого уровня механических свойств в металлах и сплавах. Применение методов ИПД существенно повышает конструктивную прочность магниевых сплавов в результате получения ультрамелкозернистого (УМЗ) и (или) мелкозернистого (МЗ) состояния. Актуальными являются вопросы, связанные с исследованием термической стабильности и структурно-фазового состояния сплавов на основе магния с необходимым уровнем механических свойств. Целью работы являлось установление влияния термического воздействия на микроструктуру экструдированного сплава Mg-Y-Nd. Методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран сплав Mg-2,9Y-1,3Nd (масс. %): Mg 95,0; Y 2,9; Nd 1,3; Fe £ 0,2; Al £ 0 в экструдированном состоянии. С целью исследования термостабильности микроструктуры образцы сплава отжигали в течение одного часа в аргоне при температурах 100, 300, 350, 450, 525 °С. Микроструктуру и фазовый состав образцов исследовали с помощью оптической микроскопии, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Результаты и обсуждение. Показано, что в деформированном экструзией магниевом сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd формируется бимодальная мелкозернистая микроструктура. Установлено, что помимо стабильной основной a-фазы магния в структуре образуются также интерметаллидные частицы Mg24Y5 и выделения b-, b¢- и b1-фаз. Термическое воздействие в интервале температур 100…450 °С в течение одного часа не оказывает влияния на общий характер структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd, но способствует увеличению линейных размеров выделений b-, b¢- и b1-фаз. В диапазоне температур отжига 300…450 °С наблюдается изменение морфологии b-, b¢- и b1-фаз при сохранении среднего размера зерна основной a-фазы. Отжиг при 525 °С приводит к заметной трансформации бимодальной микроструктуры, связанной с активным ростом зерна основной фазы и размеров частиц Mg24Y5, а также выделений b-, b¢- и b1-фаз. Отжиги в интервале температур 100…450 °С приводят к увеличению линейных размеров частиц Mg24Y5, выделений b-, b¢- и b1-фаз и сохранению бимодальной структуры в сплаве Mg-2,9Y-1,3Nd. Introduction. Today, bioresorbable magnesium alloys possessing the required physical, mechanical, corrosion, and biological properties, are promising materials for orthopedic and cardiovascular surgery. The addition of rare earth elements such as yttrium, neodymium, and cerium to magnesium alloys improves its properties. Compared to widely used titanium alloys, magnesium alloys have a number of advantages. Bioresorbable materials slowly dissolve in the body, and recurrent operation to remove the implant is not needed. Biocompatible magnesium alloys have a fairly low elastic modulus (10 to 40 GPa), approaching to that of cortical bone, that reduces the contact stress in the bone-implant system. At the same time, strength properties of magnesium alloys alloyed with rare earth elements do not always meet the requirements for medical applications. Severe plastic deformation, for example, equal channel angular pressing, torsion under quasi-hydrostatic pressure, uniaxial forging, extrusion, is therefore very promising technique to gain the high level of mechanical properties of metals and alloys. Severe plastic deformation of magnesium alloys improves its structural strength by 2.5 times due to the generation of an ultrafine-grained and/or fine-grained structure. The issues related to the study of heat resistance, structure and phase composition of magnesium alloys with appropriate strength are relevant. Purpose of the work is to determine the influence of thermal effects on the microstructure of the extruded Mg - Y - Nd alloy. Methodology. The extruded Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy (95.0 wt. % Mg , 2.9 wt. % Y , 1.3 wt. % Nd , £ 0.2 wt. % Fe , £ 0 wt. % Al ) is investigated in this paper. The thermal stability of the alloy microstructure is studied after annealing at 100, 300, 350, 450 and 525 °С in argon for one hour. The microstructure and phase composition are investigated using optical, transmission and scanning electron microscopes and analyzed on an X-ray diffractometer. Results and discussion. The extruded Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy has the bimodal fine-grained microstructure. It is found that along with the stable α- Mg phase, the alloy structure consists of Mg24Y5 intermetallic particles and b-, b¢-, and b1-phase precipitates. Annealing in the temperature range of 100-450 °С for one hour has no effect on the structure of the Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy, but promotes the growth in the linear dimensions of b-, b¢-, and b1-phases precipitates. In the temperature range of 300-450 °С, the morphology of b-, b¢,- and b1-phases changes, while the average grain size of the major a-phase remains unchanged. Annealing at 525 °С leads to a notable transformation of the bimodal microstructure of the alloy, which is associated with the intensive growth in the grain size of the a-phase, Mg24Y5 particles, and b-, b¢-, and b1-phases precipitates. Annealing in the temperature range of 100-450 °C leads to an increase in the linear dimensions of Mg24Y5 particles, b-, b¢-, and b1-phases precipitates and bimodal microstructure of the Mg - 2.9Y - 1.3Nd alloy remains unchanged. Текстовый файл |
|---|---|
| DOI: | 10.17212/1994-6309-2024-26.2-174-185 |