随着经济的发展和人们对生活质量要求的提高,越来越多的人对肢体矫正和器官替换有需求,生物医用金属材料最适合用来替代损坏的硬组织,主要的金属生物材料是医用不锈钢,钴基合金,钛及其合金。医用不锈钢、钴基合金和传统钛合金存在细胞毒副作用和严重的致敏性等生物学问题,而且其较高的弹性模量会带来“应力屏蔽”效应,而β钛合金弹性模量低,具有良好的生物相容性,成为目前生物医用钛合金研究的热点。因此,本课题选择β型Ti-12Mo-3Nb合金为研究对象,研究Ti-12Mo-3Nb合金的高温变形行为和板材的组织性能及其变形行为。高温热压缩实验结果表明,流变应力在热变形过程中受变形参数影响较大,随着变形温度升高和应变速率的降低而降低。热加工图的分析结果表明:功率耗散效率随着变形温度的上升、应变速率的降低和应变的增加,呈升高趋势,最佳热加工条件为900°C和0.01s-1。动态再结晶的组织演变过程可以用修正的Avrami公式模型来进行分析,动态再结晶动力学曲线的分析表明:在应变达到临界应变εc之前,动态再结晶不发生,动态再结晶启动后,动态再结晶晶粒的体积分数随着应变的增加而增加。在特定的应变下,动态再结晶晶粒的体积分数随着应变速率的升高和变形温度的降低而减少。变形参数对合金变形组织的影响可以归结为:在动态再结晶结束之前,细小的再结晶晶粒随着应变速率的降低和变形温度的升高而增多。当动态再结晶完成之后,变形温度的升高以及变形速率降低均使再结晶晶粒长大。局部流变是热加工过程中发生流变失稳的原因。合金在高温变形过程中发生晶界滑移,变形机理为动态回复和不连续动态再结晶。根据热模拟的实验结果,确定最优的变形温度和应变速率,然后进行多步热变形,实验结果表明:随着变形道次增加,动态再结晶的程度增加。根据多步热变形的实验结果确定板材的轧制道次,进而制定最终的轧制工艺参数,最后,对板材进行组织观察、力学性能测试和变形行为分析。实验结果表明:74.7%变形量Ti-12Mo-3Nb合金原始板材和固溶处理后相结构为单一β相,组织为单一的等轴晶,合金原始板材中存在织构。显微硬度测试显示74.7%变形量原始板材的硬度值要高于固溶处理后的硬度值,拉伸性能测试显示固溶处理后74.7%变形量Ti-12Mo-3Nb合金板材塑性大大提升,断裂强度和屈服强度均下降,弹性模量相差不大。原始合金断口板材有解理台阶和河流花样以及少量的韧窝和撕裂棱,其室温拉伸断裂为准解理断裂,固溶处理后合金断口全为韧窝,固溶处理后合金的断裂为微孔聚集型韧性断裂。56.5%变形量板材固溶处理后的显微组织为单一的β等轴晶,相结构为单一的β相。在压缩变形过程中,变形量较小时,Ti-12Mo-3Nb合金以滑移的方式进行变形,没有孪生,随着变形量的增加,开始出现孪晶和α’’马氏体,最终以滑移、应力诱发α’’马氏体相变和孪生混合的方式进行变形。在弯曲变形过程中,位移量比较小时,Ti-12Mo-3Nb合金在变形过程中只有滑移,随着位移量增加,变形方式是滑移为主,同时伴有孪生。