[发明专利]一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法

说明书

本发明公开一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法，具体为：第一步：将一块工业工业纯钛板材放在两硬质合金衬板中间，叠置为三明治状，板材接触面间刷水，使其相互吸合；第二步：将上步三明治状结构浸泡在液氮中，静置20‑30分钟，获得均匀深冷温度；第三步：在轧机轧辊两侧安装并开启液氮喷射装置，对轧辊进行持续冷却，随后调整轧机上下辊辊速，使上下轧辊差速转动，随后快速取出液氮中的三明治（工业纯钛板材及两衬板）结构，在轧机上对其进行深冷异步轧制变形，期间控制样品轧制时的温度不高于‑100℃；第四步：重复第二步和第三步，使纯钛样品达到40%～95%变形量。本发明可增大钛的道次压下量，轧制道次少、效率高，较大程度上优化板材轧制组织、提高板材的强韧性及塑性变形能力，具有良好的工业应用潜力。

技术领域

工业纯钛因其具有质轻、高强、耐蚀、无磁、无毒性和耐超低温等一系列优良性能，在航天航空、化工、复合板和生物医药工程等领域得到广泛的应用。如何进一步提高工业纯钛的综合力学性能以促进新的应用是目前的研究难点和研究热点。常用的提升材料组织和性能的主要途径是合金强化、形变强化、细晶强化和固溶沉淀强化等，对于纯金属或低合金化金属而言，晶粒细化和调控织构是改善和提高金属材料性能的最有效途径。目前应用的热轧及室温轧制工艺并不能产生十分均匀细小的超细纳米晶。剧烈塑性变形，如高压扭转、等径角挤压、累积叠轧、扭曲挤压等，可以产生大的纯剪切应变，是细化晶粒的主要方式。除了累积叠轧外，其他方法均不能得到细晶板材产品，但有研究发现累积叠轧方式易使材料边部产生裂纹，故需寻求更完善的变形方式。相对于常规的轧制技术，异步轧制和深冷轧制主要通过微观组织调控获得晶粒度具有一定分布特征的超细晶/纳米晶结构，同步提高板材的强度和韧性。而结合异步轧制和深冷轧制优点的深冷异步轧制，是目前新兴的一种前沿轧制技术，具有降低生产成本、提高产品柔性潜能且具有工业应用前景的新工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法。该形变方法能使钛板材在小变形下获得高孪晶密度的微观组织，随着变形量的增加，工业纯钛板材的强韧性都得到很大程度上地提升，其机械性能优于室温普通轧制的钛板材。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一步：将平均晶粒大小为50～200μm的工业纯钛板材放在两硬质合金衬板中间，叠置为三明治状；

第二步：将第一步中三明治结构（纯钛板及双衬板）浸在液氮中，获得均匀深冷温度-190℃～-100℃；

第三步：快速取出液氮中的样品，在轧机上进行深冷异步轧制变形；

第四步：将轧制后的三明治结构再次浸入液氮，获得均匀深低温度-196℃～-100℃；

第五步：重复第三步和第四步，使纯钛样品达到40%～95%变形量，获得180～280HV的硬度；

优选地，所述第一步中，工业纯钛板材原料厚度为1-5mm。优选地，所述第一步中，在工业纯钛板材与两侧硬质合金间的接触面间刷水，使板材相互吸合。

优选地，所述第二步中，将三明治结构放入浸泡工具，置入液氮罐中，冷却20-30min，使板材相互粘结，并获得均匀深冷温度。

优选地，所述第三步中，在深冷轧制之前，安装并开启轧机轧辊两侧的液氮喷射装置，对轧辊进行持续冷却，控制样品轧制时的温度不高于-100℃。

优选地，所述第三步中，在深冷轧制之前，调整轧机上下轧辊辊速，使上下轧辊异速转动。

优选地，所述第三步中，深冷轧制的轧制道次间变形量控制在5%～15%。

优选地，所述第四步中，将轧制的三明治结构放在液氮罐中，冷却5-10min，使三明治结构获得-190℃～-100℃的均匀深低温度。

与现有技术相比，深冷异步衬板轧制，轧制道次少、效率高，能够有效降低轧制成本，利用本方法制备得到的工业纯钛板材相较于室温普通轧制得到的钛板材具有更高的强韧性，可满足钛板材的实际生产成形要求，具有良好的工业应用潜力，为开发高强韧性纯钛板提供了新方法。