一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法技术

本发明专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法。包括如下步骤：(1)多向热锻：选取原始粗晶块状纯钛，在再结晶温度以下，对块状纯钛进行热锻；(2)轧制：对步骤(1)多向热锻后的块状纯钛在室温下进行轧制，轧制的总压下量大于70％；(3)瞬态热处理：对步骤(2)轧制后的钛块进行10～180s内、再结晶温度以上的瞬态热处理，然后空冷，制备出等轴超细晶纯钛。本发明专利技术的方法制备的产品具有极低位错密度的超细晶结构金属材料实现了良好的强塑性匹配性能，且本发明专利技术可以通过简单的设备实现，易于控制经济成本以及生产成本，易于批量化工业生产。于批量化工业生产。于批量化工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法


[0001]本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法。

技术介绍

[0002]塑性变形技术被广泛用于生产性能优越的超细晶(UFG)金属材料，用于提高材料强度。例等通道角挤压，高压扭转与累积叠轧等剧烈塑性变形方法制备的UFG金属材料，其强度、硬度及耐磨性显著提升，但韧塑性大幅降低。其主要原因为剧烈塑性变形使得材料内部产生大量变形组织、缺陷、亚结构等，整体的变形储能显著增加，导致材料组织结构的不稳定。
[0003]退火热处理是改善微观结构缺陷及释放材料残余应力的传统处理方法。然而，常规退火通常会导致材料内部晶粒粗化等问题，引起金属材料的性能恶化。例如Yanxia Gu等人在《Materials Characterization》上发表的明为“Simultaneously improving mechanical properties and corrosion resistance of pure Ti by continuous ECAP plus short
‑
duration annealing”(Materials Characterization，2018，138:38
‑
47)中，通过连续等通道角挤压技术和低温短时退火处理制备超细晶纯钛材料，该加工方法制备的材料组织内部含有大量低角度晶界和高密度位错等缺陷，阻碍位错运动，导致材料塑性大幅降低，引发早期断裂的风险，限制了其作为结构构件的实际应用。再如中国专利CN105821360A提出通过异步轧制和短时退火处理相结合的制备方法来提高金属钛强度和塑性。该加工方法必须采用异步轧制的方式，同时需严格控制后续再结晶退火的保温时间，工艺复杂且不稳定，可控性差，不利于技术的推广。因此，亟需专利技术一种高效制备高强高韧超细晶纯钛的方法，在一定程度上兼得材料的高强度和高韧性，大幅提升工业纯钛的综合性能，以满足工业生产的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低成本且可重复性制备高强高韧等轴超细晶纯钛的方法，通过多向热锻、轧制、瞬态热处理三步工序相结合制备出高强高韧等轴超细晶纯钛材料。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：多向热锻：选取原始粗晶块状纯钛，在再结晶温度以下，对块状纯钛进行热锻；
[0007]步骤(2)：轧制：对步骤(1)多向热锻后的块状纯钛在室温下进行轧制，轧制的总压下量大于70％；
[0008]步骤(3)：瞬态热处理：对步骤(2)轧制后的钛块进行10～180s内、再结晶温度以上的瞬态热处理，然后空冷，制备出等轴超细晶纯钛。
[0009]进一步的，步骤(1)中的多向热锻具体为：
[0010]对纯钛试样进行恒温加热后，在再结晶温度以下，沿着纯钛试样的三个方向，X轴、Y轴、Z轴方向各锻造一次，作为一个锻造周期，每次锻造压下量为5％
‑
30％；多向热锻处理至少包括3个锻造周期，每一周期锻造完成后，重新加热至设定温度。
[0011]进一步的，步骤(2)中的轧制具体为：在轧辊不低于10r/min下进行轧制，每道次压下5
±
1％。
[0012]进一步的，步骤(3)中瞬态热处理具体为：将轧制后的纯钛放入高频感应炉中进行加热，加热速率≥100℃/s。
[0013]一种高强高韧等轴超细晶纯钛，采用上述的方法制备，纯钛中的晶粒尺寸小于1μm。
[0014]本专利技术基于晶界弛豫稳定超细晶金属材料的概念。特别是，本专利技术提出通过控制制备过程中的退火条件，诱发强烈的晶界弛豫，来制备高强高韧等轴超细晶纯钛的技术构思；本专利技术中，特别是，与晶粒粗化相比较，剧烈塑性变形后材料晶界处或晶界附近变形缺陷的回复表现出更明显的加热速率依赖性；晶内的空位位错等缺陷通过瞬态热处理过程显著降低，同时由于热处理时间短，晶粒尺寸基本保持不变，由此制备出高强高韧等轴超细晶纯钛材料。
[0015]本专利技术与现有技术相比显著优点如下：
[0016](1)本专利技术采用多向热锻、轧制、瞬态热处理三种简单工艺相结合的方法，操作流程简单，生产效率高，成本低，且无材料尺寸限制，适用于工业大规模生产。
[0017](2)本专利技术与传统工艺相比，制备的超细晶结构纯钛微观结构均匀，组织内部位错密度低，可以克服结构不均匀性带来的缺陷，具有较好的强塑性匹配。
[0018](3)本专利技术提供的制备高强高韧等轴超细晶纯钛的方法，相对于常规金属增强增韧处理方法，热处理时间短、温度高，可控性强。
附图说明
[0019]图l为本专利技术的加工流程的示意图。
[0020]图2为经过实例1中本专利技术的制备方法处理后得到的低位错密度的等轴超细晶结构工业纯钛的EBSD形貌图。
[0021]图3为粗晶工业纯钛和经过实例1中经本专利技术的制备方法处理后所得到的超细晶结构工业纯钛工程应力
‑
工程应变曲线图。
[0022]附图标记说明
[0023]1‑
箱式退火设备；2
‑
锻造设备；3
‑
工业纯钛；4
‑
轧制过程；5
‑
热锻处理后的纯钛试样；6
‑
高频感应加热设备，7
‑
坩埚，8
‑
加热线圈。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0025]本专利技术公开了一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法；该方法先对块状纯钛材料进行再结晶温度以下的多向热锻处理，显著细化原始坯料组织并且使其具有较好的均匀性；随后对多向热锻的样品进行变形量超过70％以上的室温轧制处理，制备超细组织，此时其内部含有大量变形缺陷以及变形过程中的动态再结晶组织；最后在其再结晶温度以上对
材料进行10～180s内的瞬态热处理，制备出等轴超细晶(小于1μm)纯钛，材料内部位错密度低、晶粒尺寸小，强度高，韧塑性好。通过该制备方法制备的超细晶纯钛，其室温拉伸实验表明，其屈服强度提升了约60％，抗拉强度提升了约40％。
[0026]实施例
[0027]首先，本实施例采用如下的设备：锻造机、冷热两辊轧机和高频感应加热设备。本实施例针对的初始块状工业纯钛试样尺寸为30mm
×
30mm
×
40mm(长
×
宽
×
厚)。具体操作如下：
[0028](1)对长方体块状纯钛试样进行等温锻造。设置锻造温度为450℃，并在箱式退火炉中保温30min，沿着纯钛试样的三个方向，X轴、Y轴、Z轴方向各锻造一次，作为一个锻造周期，每道次锻造压下量为25％，多向热锻处理至少包括3个锻造周期，以显著细化晶粒。每一周期锻造完成后，均回炉加热至锻造温度。
[0029](2)对上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧等轴超细晶纯钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：多向热锻：选取原始粗晶块状纯钛，在再结晶温度以下，对块状纯钛进行热锻；步骤(2)：轧制：对步骤(1)多向热锻后的块状纯钛在室温下进行轧制，轧制的总压下量大于70％；步骤(3)：瞬态热处理：对步骤(2)轧制后的钛块进行10～180s内、再结晶温度以上的瞬态热处理，然后空冷，制备出等轴超细晶纯钛。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的多向热锻具体为：对纯钛试样进行恒温加热后，在再结晶温度以下，沿着纯钛试样的三个方向，X轴、Y轴、Z轴方向各锻造一次，作为一个锻造周期，每次锻...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉胜，陈方涵，王帅卓，张东梅，闫浩田，胡佳俊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：