Введение 8
Раздел 1. Аналитический обзор. Металлические материалы для 10 медицины. Получение и свойства наноструктурированных материалов
1.1 Современные металлические материалы для медицины 10
1.2 Получение и свойства наноструктурированных материалов 11
1.3 Методы испытания медицинских материалов 13
1.4 Крупнозернистый и ультрамелкозернистый титан как материал 16 для медицины
Раздел 2. Материал и методика исследования 19
2.1 Исследуемый материал, выбор режима обработки и образцы 19
2.2 Методика исследования структуры титана 19
2.3 Механические испытания образцов 20
2.4 Методика фрактографического анализа изломов 23
Раздел 3. Результаты исследования 26
3.1 Структура и механические свойства сплава Grade 4 при 26 растяжении
3.2 Свойства титана при кручении образцов 27
Раздел 4. Безопасность и экологичность технического объекта 32
Заключение 39
Список используемой литературы 40
Актуальность нашей работы заключается в том, что в современном мире всё чаще возникает потребность в замене и восстановлении органов и тканей пораженной области человеческого организма. Это является одной из важнейших проблем в современной медицине. «В настоящее время огромное количество исследований посвящено поиску биоматериала, который бы отвечал требованиям и являлся биологически совместимым с окружающими тканями». «Но главная проблема заключается в том, что чем больше размер дефекта, тем большая вероятность неудовлетворительного результата лечения» [19]. «Я считаю, что для замещения костных дефектов используют широкий спектр материалов и способов, в основу которых положено применении аллотрансплантатов, а также имплантатов». «Мы можем предположить что, в этих целях применение аллогенных трансплантатов не эффективно, что обусловлено резорбцией или реакцией отторжения пересаженных материалов» [19]. За последнее время был достигнут значительный прогресс в производстве медицинского оборудования и потребности медицинской промышленности побуждают современную науку о наноматериалах разрабатывать новые подходы для улучшения свойств существующих биоматериалов.
«Grade 4 - титановый сплав 4-го класса из нелегированного титана (отечественный аналог ВТ6) на данный момент является наиболее лучшим и чистым титановым сплавом в мире». «Мы знаем, что он используется для производства крупногабаритных сборных конструкций в самолётостроение и ракетостроении, а так же существенного целого ряда других конструктивных элементов» [24].
В нашей исследовательской работе мы занимаемся изучением и определением комплекса механических свойств получаемых при кручении титанового сплава Grade 4 (аналог отечественной марки ВТ-6), а так же оценка прочности и механизма разрушения при кручении медицинского УМЗ титана по сравнению с крупнозернистым (КЗ) титаном который находится в ультрамелкозернистом состоянии (УМЗ), полученном путем равноканального углового прессования (РКУП), в сравнении с начальным состоянием, где сплав находился в крупнозернистом состоянии.
Цель дипломной работы является сравнение механических свойств и механизмов разрушения при кручении медицинского титана Grade 4 в ультрамелкозернистом (УМЗ) состоянии и в крупнозернистом (КЗ) состоянии.
1. В результате проведения испытания на растяжение по выбранным режимам при комнатной температуре, мы видим, что РКУП-К увеличивает прочностные свойства титана в 1,5 раза, а пластичность снижает в 1,4 раза; при этом твердость увеличивается незначительно в 1,05 раз.
2. При испытании образцов на кручение и анализе диаграммы «крутящий момент-угол закручивания» мы можем сказать что, после РКУП-К крутящий момент образцов из титана увеличился в 1,2 раза, угол закручивания уменьшился в 1,5 раза по сравнению с КЗ титаном, что является благоприятным фактором с позиции сопротивления титана кручению.
3. Предел прочности и предел текучести УМЗ титана Grade 4 при кручении возрастают, а значение относительного сдвига снижется по сравнению с КЗ титаном, что является благоприятным фактором, снижающим вероятность разрушения при откручивании сросшихся с костью шурупов при остеосинтезе. Следовательно, УМЗ титан является более перспективным материалом для изготовления медицинских шурупов и других медицинских изделий, испытывающих в процессе эксплуатации нагрузки кручения, по сравнению с КЗ титаном.
4. На поверхности всех изломов образцов, независимо от состояния титана, можно выделить три области, отличающиеся микрорельефом поверхности и отражающие процесс разрушения образцов при кручении. Разрушение начинается с образования ямок сдвига в средней и периферийной области, которые при дальнейшем вращении образца полностью или частично затираются. Окончательное разрушение происходит под действием нормальных напряжений в центральной части образца.
