CC BY
2ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ ЧИСТОГО Zn И СПЛАВА Zn-Mg ПОСЛЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Мартыненко Н.С., Темралиева Д.Р., Рыбальченко О.В., Лукьянова Е.А., Добаткин С.В.
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии
наук, Москва, Россия [email protected]
Цинковые сплавы являются перспективными материалами для создания биорезорбируемых имплантатов. Использование цинковых сплавов в медицине обусловлено их хорошей биосовместимости, а также антибактериальными, остеогенными и др. свойствами. Однако практическое применение литого Zn в остеосинтезе ограничено его плохими механическими свойствами. Легирование и деформационная обработка являются эффективными способами улучшения механических характеристик чистого Zn. Поэтому целью данной работы было изучение влияния добавки Mg и последующего кручения под высоким давлением (КВД) на структуру, механические свойства и коррозионную стойкость чистого Zn.
В качестве исходных материалов были использованы литой цинк марки Ц0, а также сплав Zn-1,7масс.% Mg после отжига при 340 °С в течение 20 ч. КВД проводили при комнатной температуре под давлением 4 ГПа на дисках диаметром 20 мм. Количество оборотов КВД в обоих случаях составляло 10, что соответствовало истинной деформации на середине радиуса диска, равной 5,7.
Структура литого Zn состояла из зерен размером 70 - 100 мкм. Добавка Mg привела к уменьшению зерна a-Zn до ~30 мкм и формированию зернограничной прослойки, состоящей из фаз М^ш и м§22йп, толщиной 3 - 5 мкм. КВД приводит к измельчению микроструктуры как чистого Zn, так и сплава Zn-1,7%Mg, и формированию рекристаллизованной структуры. Так в случае чистого Zn структура после КВД состоит из равноосных зерен размером 710 ± 40 нм. В случае сплава Zn-1,7%Mg формируется смешанная структура, состоящая из зерен а^^ размером 660 ± 20 нм, и зерен подробившейся фазовой прослойки, размером ~100 нм.
Изменения в структуре, вызванные легированием и КВД привели к изменению механических свойств. В литом состоянии условный предел текучести (00,2) чистого Zn составлял 41 ± 8 МПа, предел прочности (ов) - 44 ± 7 МПа, а относительное удлинение (5) - 6,2 ± 1,3%. Добавка 1,7% Mg не влияет на 00,2, который в данном случае составляет 47 ± 11 МПа, но повышает ов до 75 ± 14 МПа. Одновременно с этим происходит снижение пластичности до 1,3 ± 0,3%. В то же время формирование ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в чистом Zn приводит к повышению и прочности, и пластичности. В этом случае 00,2 и ов составили 218 ± 4 МПа и 247 ± 12 МПа соответственно, в то время как относительное удлинение составило 55,1 ± 14,4%. Однако наибольшее упрочнение было достигнуто совместным эффектом легировании и КВД. В данном случае наблюдался существенный рост прочности (00,2 = 373 ± 15 МПа; ов= 401 ± 16 МПа) и пластичности (5 = 56,3 ± 16,9%). При это причиной повышения прочности является существенное измельчение микроструктуры. В то же время рост пластичности, по-видимому, связан с формированием рекристаллизованной структуры, дроблением фазовой сетки (в случае сплава Zn-1,7%Mg), а также текстурными изменениями, происходящими во время КВД.
Исследование коррозионной стойкости показало, что ни легирование, ни КВД не приводит к ухудшению коррозионной стойкости чистого Zn.
Работы выполнены при поддержке проекта РНФ №22-13-00024.
