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工业纯钛室温一道次ECAP加工组织和硬度

发布日期:2018-02-08  浏览次数:31
  工业纯属于α合金,为密排六方(hcp)晶格结构,具有良好的耐蚀性、力学性能和焊接性能,广泛用于航空航天、化工工业、海洋工程等领域。通过ECAP变形,可显著细化晶粒,改善组织,提高材料的力学性能。因此ECAP技术在近几十年来受到国内外学者的广泛关注。目前,已经有很多文献报道ECAP成功制备出超细晶(UFG)材料,包括面心立方结构金属,体心立方结构金属,以及密排六方结构金属。
  硬度被定义为金属材料表面抵抗其他硬物体压入的能力,可反映出材料的弹性、塑性强度、韧性以及耐磨性能等物理性能和力学性能。其中常用的硬度指标维氏硬度广泛应用在精密工业和材料科学研究中,特别是用来测定金属薄膜层或化学处理后的表面层硬度,以及较小、较薄工件的硬度。关于ECAP技术加工后材料硬度的变化的报道很多,但由于工业纯钛是密排六方结构金属,其滑移系比立方结构的金属少,塑性差,所以ECAP变形困难,国外大多研究都是在高温下进行,室温挤压成功的少见。研究人员主要研究室温下不同模具一道次ECAP挤压后工业纯钛的组织和硬度的变化情况,分析其影响因素有助于改善加工工艺。
  实验用材料为热轧态的工业纯钛(TA1)。其化学成分(质量分数,%)为:0.10O、0.001H、0.01N、0.007C、0.03Fe。平均晶粒尺寸23μm,具有等轴状单相组织。实验材料的抗拉强度为407MPa、维氏硬度为1588MPa,伸长率为35%。将热轧板材切割成15mm×15mm×70mm的ECAP试样,分别采用两通道夹角Φ=90°和Φ=120°,外圆角均为Ψ=20°的模具,在室温进行一道次ECAP变形。模具Φ=90°时,一道次等效应变约1.08;模具Φ=120°时,一道次等效应变约0.635;实验前在模具通道及试样上均涂上自制的复合润滑剂。挤压速度均为120mm/min。研究结果:
  (1)室温下成功实现了90°和120°模具工业纯钛的一道次ECAP变形,分别获得了沿一个方向伸长的板条状组织。
  (2)工业纯钛室温ECAP变形可以显著细化晶粒,提高硬度,且采用不同模具(90°和120°)一道次挤压后硬度值差异不大。
  (3)90°模具挤压后试样上、下表面的硬度值稍低于试样中间的硬度值,而120°模具挤压后试样表面硬度分布较均匀。
  CP-Ti原始试样和不同模具一道次ECAP变形后试样的硬度(MPa)
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