中国有色金属学报 等15-18。随着现代临床的逐渐发展,研究者们发现等发现退火态含银芯MP3N合金丝,在冷加工退 人体骨骼的弹性模量只有3-20GPa而传统医用金火后会出现脆性断裂现象,分析认为可能是冷加工过 属的模量则远高于这个值,采用高弹性模量金属会程中的位错和低于980℃下不完全退火导致MP35N 造成应力屏蔽现象,不利于人体新骨骼的生长920。合金变硬的综合结果,同时也有可能是退火工艺过程 尽管MP35N合金也属于高弹性模量金属,但研究表中生成的μ相会使MP35N合金硬化,使脆性增加所 明MP35N模量与其强度密切相关,同时MP35N又引起。时效处理后二次强化,有研究者认为是时效过 以导丝器械为主要产品导向,良好的强度指标是后程中形成了Co3Mo沉淀和HCP相原因,也有研究 续成品生产不可或缺的,因此,研究MP3N合金的者认为是 Suzuki偏析所致13 强度问题,也将会对其弹性模量优化具有良好的指 由于MP3N合金材料不常见等原因,国内针对 引意义21-22 MP35N合金力学性能方面的研究寥寥无几。近年来, 随着人口老龄化的加剧和人类健康医疗水平的提高, 金属医疗器械的植入寿命出现了新的要求,MP35N合 -316 stainle 金的研究也受到了关注。比较有代表性的是美国美敦 -316 stainless steel 1800 ▲-Co-CrMo(HS2 力公司对提高MP3N合金使用寿命方面的研究2到 鉴于此,本文作者回顾MP35N合金力学行为研究 -MP159(cold worked+aging) 概述该合金的强化机理,并针对MP35N最新研究进 1200 -MP35N (cold worked-+aging) 展对其发展方向进行了展望。 1MP35N合金的强化 Reduction in area/%o 图1几种常见医用金属材料力学的性能 MP35N合金强化机理的研究经历了一个漫长的 Fig1 Mechanical properties of some wel- known biometals过程,MP35N合金固溶处理状态下为单一的FCC结 r medical device appl 构组织,但其室温下的亚稳相以及冷加工相在时效时 其组织和缺陷有多种变化。所以对MP35N合金冷加 与大多数镍基和钴基高温合金通过金属间化合物工和时效处理强化机理的研究结果也就存在着多样 相强化不同,MP35N合金通过冷变形和时效强性,对其强化本质的认识也就存在着差异性,但总的 化224。 YOUNKIN指出未变形的MP35N合金屈服看来,可以分为以下几种情况。 强度为414MPa,抗拉强度为931MPa,经过55%冷 加工变形并时效处理后其屈服强度增加到2137MPa,1.1冷加工强化 抗拉强度增加到2241MPa。SHAJ等在研究时效1.1.1相变强化 处理对MP35N合金性能影响的研究中发现,53%冷拔 最早关于MP35N合金冷加工强化机理的论述是 态的MP35N合金屈服强度为1440MPa,时效处理后相变致强化理论,1970年 GRAHAM等在对MP合 强度会增加到1792MPa,同时时效处理后合金的断裂金的研究中发现,冷加工过程中合金的强度的增加, 韧度会由冷加工时的126MPa下降到98MPa是由于冷变形过程中马氏体相变引起的,合金FCC基 TOPLOSKY等电指出室温下65%冷变形MP3N合体中形成了非常细小的网状HCP板条。但这种HCP 金屈服强度和抗拉强度分别为1571lMPa和1705相又与传统意义上的理想密排六方相不同,其轴比cla MPa,时效处理后屈服强度会增大到2030MPa,抗拉为1.67,比理想密排六方晶体轴比1.633要高,但 强度会增大到2088MPa,在4K低温时65%变形 GRAHAM等则认为正是由于这种高的ca比值导 MP3N时效后屈服强度和抗拉强度甚至能分别达到致了,冷加工MP合金中薄片状的HCP相呈交织网络 2513MPa和2664MPa。如此高的力学强度也使得分布,HCP相相互作用而引起强化。 GRAHAM等12 MP35N有望成为高温超导替代材料。总而言之,冷加观察分析了冷加工MP35N合金对应的显微结构和衍 工变形可以使MP35N合金达到一次强化目的,后续射花样(见图2),证明了基体中HCP相的存在 时效处理则可以实现二次强化,但对于这两种工艺下 1986年, TAWANCY等国研究与MP3N合金结 MP35N合金强化的本质原因,一直存有争议。WANG构类似的钴基合金 Haynes alloy No.25,发现冷变形过1046 中国有色金属学报 2016 年 5 月 等[15−18]。随着现代临床的逐渐发展，研究者们发现 人体骨骼的弹性模量只有 3~20 GPa 而传统医用金 属的模量则远高于这个值，采用高弹性模量金属会 造成应力屏蔽现象，不利于人体新骨骼的生长[19−20]。 尽管 MP35N 合金也属于高弹性模量金属，但研究表 明 MP35N 模量与其强度密切相关，同时 MP35N 又 以导丝器械为主要产品导向，良好的强度指标是后 续成品生产不可或缺的，因此，研究 MP35N 合金的 强度问题，也将会对其弹性模量优化具有良好的指 引意义[21−22]。 图 1 几种常见医用金属材料力学的性能[6, 10] Fig. 1 Mechanical properties of some well-known biometals for medical device applications[6, 10] 与大多数镍基和钴基高温合金通过金属间化合物 相强化不同，MP35N 合金通过冷变形和时效强 化[23−24]。YOUNKIN[6]指出未变形的 MP35N 合金屈服 强度为 414 MPa，抗拉强度为 931 MPa，经过 55%冷 加工变形并时效处理后其屈服强度增加到 2137 MPa， 抗拉强度增加到 2241 MPa。SHAJI 等[25−26]在研究时效 处理对 MP35N 合金性能影响的研究中发现，53%冷拔 态的 MP35N 合金屈服强度为 1440 MPa，时效处理后 强度会增加到 1792 MPa，同时时效处理后合金的断裂 韧度会由冷加工时的 126 MPa 下降到 98 MPa。 TOPLOSKY 等[27]也指出室温下 65%冷变形 MP35N 合 金屈服强度和抗拉强度分别为 1571 MPa 和 1705 MPa，时效处理后屈服强度会增大到 2030 MPa，抗拉 强度会增大到 2088 MPa，在 4K 低温时 65%变形 MP35N 时效后屈服强度和抗拉强度甚至能分别达到 2513 MPa 和 2664 MPa。如此高的力学强度也使得 MP35N 有望成为高温超导替代材料。总而言之，冷加 工变形可以使 MP35N 合金达到一次强化目的，后续 时效处理则可以实现二次强化，但对于这两种工艺下 MP35N 合金强化的本质原因，一直存有争议。WANG 等[28]发现退火态含银芯 MP35N 合金丝，在冷加工退 火后会出现脆性断裂现象，分析认为可能是冷加工过 程中的位错和低于 980 ℃下不完全退火导致 MP35N 合金变硬的综合结果，同时也有可能是退火工艺过程 中生成的 μ 相会使 MP35N 合金硬化，使脆性增加所 引起。时效处理后二次强化，有研究者认为是时效过 程中形成了 Co3Mo 沉淀和 HCP 相原因[29]，也有研究 者认为是 Suzuki 偏析所致[30−31]。 由于 MP35N 合金材料不常见等原因，国内针对 MP35N 合金力学性能方面的研究寥寥无几。近年来， 随着人口老龄化的加剧和人类健康医疗水平的提高， 金属医疗器械的植入寿命出现了新的要求，MP35N 合 金的研究也受到了关注。比较有代表性的是美国美敦 力公司对提高MP35N合金使用寿命方面的研究[32−33]。 鉴于此，本文作者回顾 MP35N 合金力学行为研究， 概述该合金的强化机理，并针对 MP35N 最新研究进 展对其发展方向进行了展望。 1 MP35N 合金的强化 MP35N 合金强化机理的研究经历了一个漫长的 过程，MP35N 合金固溶处理状态下为单一的 FCC 结 构组织，但其室温下的亚稳相以及冷加工相在时效时 其组织和缺陷有多种变化。所以对 MP35N 合金冷加 工和时效处理强化机理的研究结果也就存在着多样 性，对其强化本质的认识也就存在着差异性，但总的 看来，可以分为以下几种情况。 1.1 冷加工强化 1.1.1 相变强化 最早关于 MP35N 合金冷加工强化机理的论述是， 相变致强化理论，1970 年 GRAHAM 等[23]在对 MP 合 金的研究中发现，冷加工过程中合金的强度的增加， 是由于冷变形过程中马氏体相变引起的，合金 FCC 基 体中形成了非常细小的网状 HCP 板条。但这种 HCP 相又与传统意义上的理想密排六方相不同，其轴比 c/a 为 1.67，比理想密排六方晶体轴比 1.633 要高，但 GRAHAM 等[23]则认为正是由于这种高的 c/a 比值导 致了，冷加工 MP 合金中薄片状的 HCP 相呈交织网络 分布，HCP 相相互作用而引起强化。GRAHAM 等[23] 观察分析了冷加工 MP35N 合金对应的显微结构和衍 射花样(见图 2)，证明了基体中 HCP 相的存在。 1986 年，TAWANCY 等[34]研究与 MP35N 合金结 构类似的钴基合金 Haynes alloy No. 25，发现冷变形过