[发明专利]一种同时提高工业纯钛强度和塑性的方法

说明书

本发明涉及一种同时提高工业纯钛强度和塑性的方法，属于材料加工技术领域。首先将纯钛板材经铣床加工进行表面处理，除去表面缺陷和杂质后，于700℃保温2小时；将纯钛板材在真空或惰性气体保护下，旋转速度为860~890r/min，频率为50~60Hz，球磨处理1~3h；将纯钛板材浸入液氮中冷却5~10min后扎制；轧制前后板材的应变量达到92%~98%，且每道次轧制之前都要浸入液氮中冷却5~10min，板材最终厚度为1mm；将板材在450~520℃下真空退火5~10min，制备得到同时提高了强度和塑性的工业纯钛板材。本方法通过球磨处理、液氮轧制、低温退火相结合的方法，获得一种比大塑性变形塑性好，比常规退火强度更高，综合性能优异的材料。

技术领域

本发明涉及一种同时提高工业纯钛强度和塑性的方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

通常强化材料的手段有固溶强化、细晶强化、第二相强化等，其本质都是在材料中引入各类缺陷，使位错运动困难，从而达到强化材料的目的。而细晶强化是唯一一种在提高材料强度同时又能改善塑性的方法。

过去几十年中，纳米材料发展迅速，因其优异的力学性能而受到广泛研究，与传统粗晶材料相比，纳米材料强硬度高，耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性好。与此同时，也出现了许多的纳米体材料制备技术。这些制备方法可以分为两大类：一类方法“自下而上”，以单个原子或纳米颗粒为基本单元制备而得；另一类方法“自上而下”，通过特定的加工工艺在材料内部引入大量的位错孪晶等缺陷，细化原粗晶晶粒。大塑性变形技术是在20世纪90年代由俄罗斯科学家R.Z.Valiev在进行纯剪切大变形试验的基础上发展而来，所谓的大塑性变形，就是指材料经过剧烈的塑性变形之后形成具有纳米晶粒的块体纳米材料的方法，现在常用的大塑性变形工艺有：高压扭转（HPT）、等径角挤压（ECAP）、霍普金森技术（SHPB）等。

通过大塑性变形工艺制得的纳米材料，虽然强度得到了大幅度提高，但塑性往往很差，断裂延伸率常常不足5%，这就限制了纳米材料的应用领域。其原因可归纳为：纳米材料晶粒尺寸细小，导致位错被晶界吸收而无法在后续的塑性变形中得到积累，丧失加工硬化能力，从而表现出低的延伸率。

通过球磨工艺，材料表面晶粒可以细化至100nm以下，但是心部仍然保持着原粗晶晶粒，从而在表面一定深度范围内形成一种从表及里晶粒不断细化的梯度结构，这种梯度结构与粗晶结构的结合使得材料强度提高的同时又保持着良好的塑性。但是通过球磨处理，材料强度提高很有限。如何提高工业纯钛强度和塑性是个问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种同时提高工业纯钛强度和塑性的方法。本方法通过球磨处理、液氮轧制、低温退火相结合的方法，获得一种比大塑性变形塑性好，比常规退火强度更高，综合性能优异的材料，且通过这种工艺，材料表层得到强化，耐磨性、耐腐蚀性、疲劳性能得到大幅提高。本发明通过以下技术方案实现。

本发明利用表面球磨工艺使材料产生大塑性变形，进而形成一个晶粒尺寸梯度分布的梯度结构；然后再进行液氮轧制，在梯度结构保持的同时进一步提高其强度；最后经过低温短时间退火，使材料具有从表及里晶粒尺寸呈梯度变化，并且具有部分区域小晶粒包围大晶粒特征的表面，以及小晶粒包围大晶粒的心部，从而形成一种强塑性配合良好的材料。

一种同时提高工业纯钛强度和塑性的方法，其具体步骤包括：

步骤1、首先将纯钛板材经铣床加工进行表面处理，除去表面缺陷和杂质后，于700℃保温2小时；

步骤2、将经步骤1处理的纯钛板材在真空或惰性气体保护下，旋转速度为860~890r/min，频率为50~60Hz，球磨处理1~3h；

步骤3、将经步骤2球磨处理后的纯钛板材浸入液氮中冷却5~10min后扎制；轧制前后板材的应变量达到92%~98%，且每道次轧制之前都要浸入液氮中冷却5~10min，板材最终厚度为1mm；