Oxygen-strengthened biomedical beta titanium alloys

Biokompatibilní beta slitiny titanu zpevněné kyslíkem Beta-Ti slitina Ti-35Nb-6Ta-7Zr-0.7O (hm. %) vykazuje nízký modul pružnosti a vysokou pevnost díky intesticiálnímu zpevnění kyslíkem. Tyto mechanické vlastnosti jsou příznivé pro výrobu kloubních implantátů. V diplomové práci je výše zmíněná slitina studována ve stavech připravených různým termomechanickým zpracováním, a to: v litém stavu, ve stavu po tlakových zkouškách za tepla, po zápustkovém kování, válcování a po kování zastudena, následovaného žíháním. Mechanické vlastnosti a mikrostruktura připravených stavů byly studovány se zájmem zlepšit nízkou únavovou odolnost litého stavu, která je způsobena porozitou a velkými zrny. Válcování zlepšilo únavovou odolnost materiálu, zejm. zjemněním zrn. Dále bylo ukázáno, že kombinací kování zastudena a rekrystalizačního žíhání lze dosáhnout významného zjemnění zrn. Průmyslové aspekty výroby implantátů studovanými metodami byly diskutovány. Ve druhé části práce byla prozkoumána možnost snížení modulu pružnosti redukcí stability beta fáze (snížením obsahu Nb a Ta) při současném zachování vysoké pevnosti zajištěné vysokým obsahem intersticiálního kyslíku. Bylo navrženo a vyrobeno několik slitin, a byly charakterizovány jejich mikrostruktura a mechanické vlastnosti. Bylo zjištěno, že modul pružnosti slitin je...Oxygen strengthened biomedical beta titanium alloys Beta titanium alloy Ti-35Nb-6Ta-7Zr-0.7O (wt. %) exhibits a low Young's modulus and high strength thanks to interstitial strengthening effect of oxygen. These mechanical properties are promising for implant production. In this thesis, the aforementioned alloy is thoroughly studied in conditions prepared by various thermomechanical treatments, namely: material after casting, hot compression testing, die-forging, hot rolling and finally, cold-swaged and annealed condition. Mechanical properties and microstructure of prepared conditions are studied with special interest of enhancing the fatigue performance that is poor after casting due to porosity and large grains. The hot rolling was shown to improve the fatigue performance significantly, mainly through grain refinement. It is shown that by combining the effects of cold-swaging and recrystallization annealing, extensive refinement of grain structure can be achieved. Industrial aspects of implant production by the studied methods were discussed. In the second part of the thesis, the possibility of lowering the Young's modulus by reducing the beta phase stability (by reducing of Nb and Ta content), while retaining high strength caused by high interstitial oxyen content is explored. Several alloys were...Katedra fyziky kondenzovaných látekDepartment of Condensed Matter PhysicsFaculty of Mathematics and PhysicsMatematicko-fyzikální fakult