● 摘要
钛及钛合金凭借其低弹性模量、高强度、良好的生物相容性和耐腐蚀性，作为新型的植入材料在生物医用领域得到了广泛应用。但是由于钛和钛合金(如Ti-6Al-4V)的弹性模量仍然远高于人骨的弹性模量（～30GPa），在植入时会造成“应力屏蔽”效应。此外，Al和V的释放会导致长期的健康问题，如骨软化症和神经性疾病。因此，由无细胞毒性元素组成的β型钛合金已成为生物医用植入材料的研究热点。本文采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、动态机械分析（DMA）和力学分析（Tensile Test）等手段系统地研究了热-机械处理对新型Ti-Nb-Mo-Sn合金相变、微观结构和力学行为的影响。并制备出地弹性模量和高强度兼备的新型生物医用β型钛合金。研究结果表明：
Nb能够有效地提高Ti-Nb-Mo-Sn合金β相的稳定性，抑制合金在固溶淬火过程中从β相到α"相的马氏体相变的发生。低β相稳定性的Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金经800℃固溶1h淬火后，由于合金中β稳定化元素含量不足，高温β相没有完全保留至室温，合金中生成了大量的α"马氏体。Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金经冷轧处理后引入了大量的位错，同时合金中的β相和α"马氏体得到了明显细化。冷轧态合金拉伸过程中的“非线弹性”变形主要归因于应力诱发马氏体相变。
固溶态和冷轧态Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金经250℃和300℃时效和退火2h后，合金的相组成分别（β+ω+α"）和（β+α）相。这主要归因于Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金冷轧变形引入的大量位错和晶界有效地抑制了时效过程中ω相的形成，却促进了α相的析出。这表明冷轧预处理能够有效地抑制退火过程中有害等温ω相的析出，同时有助于获得对力学性能有利的细小α强化相。
冷轧态Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金经350℃退火30min后，合金中α"马氏体相消失，晶粒得到了明显的细化，细小的β基体上分布着大量的位错和纳米尺度的α强化相，纳米尺度的α相与位错的交互作用强化了合金。在热-机械处理协同作用下将低β相稳定元素含量的β相稳定下来，使合金具有低弹性模量。拉伸试验结果表明，冷轧态Ti-31Nb-1Mo-4Sn合金的弹性模量仅为45GPa，屈服强度和拉伸强度分别为954MPa和999MPa，实现了低弹性模量和高强度的良好匹配。
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