[发明专利]一种室温高效连续制备超细晶纯钛的等通道转角拉拔方法

说明书

本发明提供一种室温高效连续制备超细晶纯钛的等通道转角拉拔方法，该方法是通过由A、B、C、D4个模块组成的等通道转角拉拔模具实现，步骤包括：以纯钛棒材或板材为起始原料，退火后根据起始原料的截面形状和尺寸制作等通道转角拉拔模具；将坯料打磨，并在其表面和4个模具预形成等通道转角通道的表面涂覆润滑剂；将坯料置于4个模具形成的夹角为90°或110°的等通道转角通道内，再放置在拉拔机上，控制拉拔速度在2～100mm/s使坯料匀速穿过等通道转角通道，每道次拉拔完成后去掉拉拔件的头部和尾部，将拉拔件沿顺时针或逆时针方向旋转角度θ，然后重新安放在等通道转角通道继续拉拔，共经过2～12道次拉拔后得到超细晶纯钛材。

技术领域

本发明属于超细晶材料加工技术领域，具体涉及一种室温高效连续制备超细晶纯钛的等通道转角拉拔方法。

背景技术

纯钛(Ti)及其合金具有耐蚀性能好、比强度高、生物相容性好、无毒、无磁性、弹性模量低、抗疲劳、导电导热性差等特性，在外科植入物材料如人工关节、骨板螺钉及牙种植体等领域应用广泛，成为未来医用金属材料的主要发展方向。目前临床上广泛应用的钛材是Ti-6A1-4V合金，研究表明其在人体内部长期腐蚀释放的Al和V金属离子对人体神经系统、呼吸系统等有害，并且，其弹性模量比人体骨骼的偏高，容易引起“应力屏蔽”效应，造成植入失效。因此，许多学者开始研究毒副作用小和弹性模量低的新型钛合金，但所加元素一般是贵金属元素，对生物相容性、成本等造成影响，故纯钛仍是钛材植入器件的首选。但是纯钛耐磨性能差，力学强度不高，无法满足植入物的要求。根据Hall-Petch函数关系，金属材料的晶粒越细小，其室温强度越高，韧性指数也同时提高。特别是当材料晶粒细化至亚微米、纳米晶尺度时，其机械性能和物理化学特性均会发生重大变化。因此，现在的研究重点集中于开发超细晶纯钛，从而提高其力学性能和抗疲劳性能来满足医用材料的要求。近年来快速发展的大塑性变形加工方法，通过多道次变形使材料获得累积大应变量达到组织细化的目的，具有将粗晶细化到纳米量级的巨大潜力，并可显著提高材料的力学性能，受到企业及研究机构越来越多的关注。

金属纯Ti属于密排六方结构，室温滑移系少，塑性差，存在低温剧烈塑性变形困难和变形开裂等问题。现有研究较多的纯Ti大塑形变形方法有等径角挤压(如专利CN101580924A、CN101624690A、CN103343303A、CN103981472A、CN104690496A、CN103252377A、CN105821360A)、高压扭转(如专利CN102234752A、CN102373320A)及多向锻造(如专利CN103320734A)等，大都存在着一些问题，其中最主要的问题是所制备的材料尺寸有限、生产效率低，此外，还存在模具要求高、成本高、组织不均匀、材料利用率低等缺点，特别是对于密排六方结构的难变形材料，成形温度较高(＞200℃)、变形速度较慢(0.025-2.5mm/s)，一直是大塑性变形法需要突破的难点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种室温高效连续制备超细晶纯钛的等通道转角拉拔方法，目的是通过室温连续拉拔制备不限长度、表面质量良好的纯钛制品，提高生产效率，从而促进纯钛的产业化应用。本发明的技术方案为：

一种室温高效连续制备超细晶纯钛的等通道转角拉拔方法，是通过等通道转角拉拔模具实现，所述等通道转角拉拔模具由A、B、C、D4个模块组成，其中所述A模块为一角为圆弧角的方形结构，用于提供等通道拉拔内角d及内转角半径r；所述C模块为一角呈内凹圆弧形的方形结构，用于提供等通道拉拔外角ψ及外转角半径R；所述B模块和所述D模块为压紧块，分别置于所述C模块呈内凹圆弧形的两条边上；所述A模块与所述B模块、所述C模块、所述D模块通过夹具调整固定，形成夹角为90°或110°的等通道转角通道；所述拉拔方法包括以下步骤：

(1)以纯钛棒材或板材为起始原料，先进行退火，并根据起始原料的截面形状和尺寸制作等通道转角拉拔模具；

(2)将退火后的坯料打磨，并在其表面和4个模具预形成等通道转角通道的表面涂覆润滑剂；