1 前言

Ti-Zr系合金因其优异的生物相容性而备受关注，被广泛用作生物材料。该类合金主要通过向Ti-Zr基体中引入微量合金元素，并配合均质化、轧制、控温冷却等系列热处理工艺制备而成，合金成分与热处理工艺参数直接决定其微观组织结构与服役性能。在合金改性研究中，通过精准调控基体内部各组成相的形态、尺寸、分布比例及微观组织形貌，可实现对合金硬度、强度、塑性等关键力学性能的定向调控，是优化Ti-Zr系合金综合性能的核心手段。

现有研究表明，对于Ti-35Zr（原子百分比）合金，在炉冷热处理过程中引入β相稳定化合金元素后，可诱导合金内部形成富α-Zr、贫β-Zr交替分布的层状特征组织结构，且该特殊组织结构主要富集于合金晶界区域，对材料力学性能具有重要贡献，因而备受关注。

基于此，本研究以Ti-35Zr合金为基体，引入V元素进行合金化改性，重点探究热轧后炉冷过程中不同温度淬火处理方式对合金微观组织演变规律及力学性能的影响机制，为Ti-Zr系医用合金的工艺优化与性能升级提供试验依据与理论支撑。

2 试验方法

以高纯度Ti（99.995%）、Zr（98%）和V（99.7%）为原料，按原子比配比制备Ti-35Zr-2V合金。采用非消耗电极，在真空熔炼炉中进行熔炼。所得试样经1000℃、12h的均质化处理后，再于800℃下进行热轧。轧制后的材料在真空中加热至1000℃，随后以50℃/h的冷却速度开始炉冷，并在到达各设定温度时施加急冷处理。利用光学显微镜和SEM电子显微镜对显微组织进行观察与分析，并对其力学性能进行测试，包括硬度试验和拉伸试验。

3 试验结果与分析

图1汇总了各热处理温度下（Ti-35Zr）-2V合金的SEM图像。炉冷试样呈现出α β两相组织，在550℃下淬火的试样组织变化明显，呈现层状组织，较少观察到α β两相组织。在600℃和650℃淬火的试样中，β相基体上弥散分布着微细的针状组织。图2展示了550℃淬火材料与650℃淬火材料的EBSD测定结果，由IPF图可知，550℃淬火试样和650℃淬火试样均呈现出HCP结构特征，与炉冷试样不同，表明没有残留β相。此外，这些细小针状组织的取向呈随机分布，成分均匀。因此可以认为，淬火处理使β相发生了向α相的非扩散型相变；而在炉冷试样中则观察到更为复杂的微观组织形态。

图3进一步显示了炉冷试样与淬火试样的应力-应变曲线，从曲线上可以看出，由α相和β相构成的炉冷试样的屈服强度明显高于淬火试样，此外，与550℃淬火试样相比，650℃淬火试样的延展性显著下降，这是由于650℃淬火试样的晶粒较为粗大，导致早期断裂易发生。

4 结论

本研究以Ti-35Zr-2V合金为试验试样，探究了常规炉冷与不同温度淬火处理工艺对合金微观组织及力学性能的影响，明确了淬火工艺、微观组织与力学性能的内在关联。

试验结果表明，淬火工艺对合金组织结构具有显著调控效果：常规炉冷合金组织杂乱、均匀性较差，而550℃淬火可形成规整层状组织，600℃淬火可获得细密针状组织。淬火处理可有效细化合金晶粒，实现β相与α相的均匀弥散分布，改善传统炉冷工艺造成的晶粒粗大、组织紊乱等问题。微观组织的优化进一步提升了合金综合力学性能，淬火处理可调控试样屈服强度，塑性与抗断裂性能明显改善，可有效规避材料早期脆性断裂问题。

综上，控温冷却热处理是优化Ti-35Zr-2V合金组织、提升力学性能的有效工艺手段，可为医用Ti-Zr系合金的工艺优化与实际应用提供可靠的试验依据与理论支撑。