[发明专利]高强度纯钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纯钛材料的制备方法，尤其是一种兼具高强度纯钛及其制备方法。

背景技术

钛合金是一种性能优异的金属材料，其比强度是所有金属中最高的，在航空航天、核反应堆中应用广泛。作为工程材料，人们通常期望高强度的材料，但是，得到高强度材料的同时，一般会损失材料的塑性；提高塑性的同时，则会损失材料的强度。二者是一对矛盾，一般不可兼得。本发明提供一种高强度纯钛的制备方法，该纯钛不仅强度高，而且具有较好的塑性。

中国专利CN104846363A提出了一种纳米结构纯钛板的制备方法，一种纳米结构纯钛板的制备方法，包括如下阶段：(1)钛粉粒子的选择:选择低氧、低氢的高纯钛粉粒子，钛粉粒子的粒径分布范围是5-200μm；(2)高速喷射沉积法制备纯钛板坯:将钛粉粒子加速，高速钛粉粒子与基板碰撞，使钛粉粒子发生强烈的塑性变形而沉积形成纯钛板坯；(3)板坯的热处理:将得到的纯钛板坯进行热处理；(4)热轧。该方法制备的金属钛板晶粒尺寸细小，为纳米晶，组织均匀，性能优异，克服了纯钛板强度低的缺点，硬度为普通纯钛板的2倍以上，同时继承了普通纯钛板优良的耐蚀性能、耐热性能和生物相容性等优点。本发明工艺简单、可控性好、生产效率高，有助于工业化应用。

中国专利CN102989766A提出了一种金属极薄带的轧制方法。操作方法为启动多功能轧机系统电源，开启主电机风机；顺时针摇动压下手柄，抬起辊缝；将带材原料缠绕在一侧卷筒上，引出末端经由该侧张力辊、工作辊缝和两外一侧张力辊后缠绕在另外一个卷筒上，缠绕2～3圈；开启张力电机，建立张力，通过调整自耦变压器电压值，给定轧件张力值；逆时针摇动压下手柄，压下辊缝；在人机界面上设定上下轧辊的速比；启动主传动电机，开始正辊缝轧制、零辊缝轧制和负辊缝轧制过程；重复轧制，直到轧件出口厚度满足要求。该发明采用若干道次的正辊缝及多道次负辊缝轧制，配合大张力异步轧制，能使厚度在亚微米级别的轧件继续减薄。

以上发明都致力于提高金属板材的性能。为了提高纯钛的强度，本发明给出了一种室温轧制的思路与方法。

发明内容：

发明目的：为了充分发挥纯钛的力学性能，本发明提供了一种同时大幅度提高纯钛强度的方法。

本发明的技术方案如下:

采用在室温下微变形异步轧制的方法，制备一种高强度纯钛板材。本发明纯钛的优异的力学性能来源于其结构设计。根据本发明，可以制备一种不均匀的显微组织。其显微组织中的晶粒由两种不同粒度范围的晶粒组成，一种为常规的微米晶，一种为纳米晶；纳米晶的粒度范围是10-200纳米，微米晶的粒度范围是0.5微米－5微米。纳米晶的体积分数60%以上，微米晶的体积分数在40%以下，微米晶镶嵌在纳米晶中。

具体制备方法包括以下步骤：

1.选择纯钛材料：控制金属中氧含量小于0.1%；所有杂质元素少于0.5%；采用板材，厚度3-10毫米；

2.启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比，速比为1.1－1.5；设定每次轧制形变量为1-8%；设定低速辊的速度为0.5-2米／秒；

3.启动主传动电机,开始轧制过程；

4.待一次轧制过后，重复（2）（3）过程15次以上；

5.进行重结晶退火热处理。重结晶温度为400到550摄氏度，时间3-20分钟。

有益的效果：采用本发明制备的纯钛材料，在取得高强度的同时，仍然可以保持优异的塑性。相对而言，全部由纳米晶构成的纯钛虽然也可以获得高强度，但是塑性极差，使用价值差，而且难于制备。而本发明制备的材料，不仅在制备方法上简单的多，塑性较高，而且在强度上也要优于纳米晶。其根源在于这种材料结构可以达到极大的背加工硬化，这是在均匀晶粒的材料或常规加工的材料中不存在的。此外，本发明采用室温轧制，比当前普遍采用的高温轧制更节约能源，成本低、适于大规模生产。本发明采用微加工，多道次，适于得到目标组织。

具体实施方式

下面通过结合附图与实施例详细描述本发明的制备方法,但不构成对本发明的限制。

图1为本发明的显微组织图，较大的为微米晶，分布在细小的纳米晶中。

实施例1

1.选择纯钛板材，氧含量为0.08%；板材厚度3毫米；

3.启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比,速比为1.1；设定每次轧制形变量为2%；设定低速辊的速度为0.5米／秒；

3.启动主传动电机,开始轧制；