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工业纯钛级别对超细晶钛力学性能的影响

   2015-07-03 IP属地 陕西5280
  近年来,等通道转角挤压(简称ECAP)技术因可有效制备块状超细晶(亚微米和纳米级)材料而引起材料科学家的极度重视。该技术是将试样通过2个互成一定角度的等截面通道,经多次重复挤压实现试样的剧烈变形。由于ECAP变形可有效形成大角度晶界结构(不同于轧制、挤压及拉拔等常规加工变形方法形成的小角度晶界胞状结构),致使试样晶粒细化,获得平均晶粒尺寸达到亚微米甚至纳米级的组织,提高了材料的强度和塑性,改善了材料的综合力学性能。采用ECAP技术制备的钛合金,在强度、超塑性、疲劳极限和耐腐蚀性等方面都有显著提高。目前,ECAP法制备的钛及钛合金连接件,已应用于医学、汽车和航空领域。
  科研人员关于工业纯钛级别对超细晶钛力学性能的影响进行了研究。采用的试验料为工业纯钛Grade2和Grade4,这两种级别工业纯钛的主要差异在于Grade4的氧、铁含量较高。坯料取自热轧板,尺寸为25㎜×25㎜×175㎜,平均晶粒度分别约为110和70μm。挤压之前,坯料上涂敷石墨基润滑剂,并预热至300℃。采用90°ECAP模具,挤压速率1.27㎜/s,两个挤压道次之间需在加热炉中加热15分钟,共挤压8道次。研究结果如下:
  Grade2在300℃、8道次加工达到晶粒细化目的,而Grade4要在≥450℃同样路径下挤压加工获得:平均晶粒度约为300nm的等轴晶和亚晶粒组织。
  经过ECAP加工,工业纯钛Grade2和Grade4的强度都得到明显提高,而且该工艺能够使这两种工业纯钛保持足够的延性(>20%)。其中,超细晶Grade4的延性和应变硬化能力都优于Grade2,这是因为Grade4的杂质含量较高、加工温度高的缘故。
  ECAP加工后,Grade4材料获得了具有应用价值的力学性能:高强度(σy约758MPa和σUTS约947MPa)和高延性(25%),这使超细晶工业纯钛Grade4有望成为取代钛合金的潜在医用材料。
 
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