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根據(jù)GB/T 13810-2017«外科植入物用鈦及鈦合金加工材»，在植入物產(chǎn)品所用鈦合金材料的低倍組織上若發(fā)現(xiàn)偏析、金屬或非金屬夾雜物及其他目視可見(jiàn)的冶金缺陷時(shí)，判該批產(chǎn)品不合格。偏析是鈦合金材料微區(qū)成分不均勻在組織上的顯現(xiàn)。醫(yī)用TC4ELI板作為α+β型兩相鈦合金，如果其微區(qū)成分不均勻，將會(huì)引起宏觀及顯微組織的異常，從而導(dǎo)致異常區(qū)域與正常區(qū)域的硬度存在顯著的差異性，該差異性會(huì)導(dǎo)致鈦合金材料整體性能不均勻，進(jìn)而降低材料強(qiáng)度、疲勞壽命和塑性，最終導(dǎo)致材料早期失效。

某醫(yī)用TC4ELI鈦合金板材在進(jìn)行低倍觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)一條寬度約5mm的貫穿異常帶狀區(qū)域，截取其中一部分進(jìn)行低倍觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)該帶狀區(qū)域?yàn)榱翈?，如圖1所示。

圖1 低倍下亮帶形貌

TC4ELI鈦合金板材的亮帶區(qū)為偏析缺陷，該缺陷是由于中間合金顆粒沒(méi)有完全合金化導(dǎo)致的，是富鈦型偏析，但又不是常見(jiàn)的富鈦偏析，因?yàn)楦烩佇推鰠^(qū)域的硬度應(yīng)該比正常區(qū)的要低，而TC4ELI鈦合金板材的偏析缺陷區(qū)(亮帶區(qū))的硬度比正常區(qū)的要高，這符合間隙元素偏析的特征。間隙元素特指氧、碳、氮等元素。偏析缺陷區(qū)氧元素含量偏高的現(xiàn)象驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)果。間隙元素的富集會(huì)使鈦合金的β相轉(zhuǎn)變溫度升高、α相硬度升高、材料變脆。綜上，TC4ELI鈦合金板材偏析缺陷的類(lèi)型是富鈦＋間隙元素偏析。

該偏析缺陷的成因主要與鈦合金的熔煉工藝有關(guān)，偏析缺陷在鑄錠生產(chǎn)中就已形成。目前我國(guó)鈦合金生產(chǎn)企業(yè)普遍采用3次真空熔煉自耗電弧爐熔煉法，電極制備過(guò)程中操作不當(dāng)易引發(fā)金屬污染或形成難熔的氧化物和氮化物，而電流、電壓選擇不當(dāng)會(huì)引發(fā)熔煉過(guò)程中熔區(qū)無(wú)法實(shí)現(xiàn)熱平衡，還會(huì)引起熔池深度的變化，從而導(dǎo)致海綿鈦粒度不均勻、中間合金混料分布不均勻，這都會(huì)引起材料局部區(qū)域合金元素的富集與貧乏，導(dǎo)致該區(qū)域的相變點(diǎn)偏離，而在后續(xù)的熱加工過(guò)程中，就逐漸演變?yōu)楫惓＝M織，形成偏析缺陷。

TC4ELI鈦合金板材存在富鈦＋間隙元素偏析缺陷，該缺陷是由于鈦合金鑄錠生產(chǎn)過(guò)程中海綿鈦粒度不均勻、中間合金混料分布不均勻?qū)е碌?。建議通過(guò)加強(qiáng)對(duì)原料和混料的控制，以及電極制備過(guò)程和熔煉過(guò)程中電壓和電流的選擇來(lái)減少或消除此類(lèi)缺陷。