[發明專利]高強度工業純鈦塊材室溫等徑彎曲通道變形制備方法

無效

• 申請號: 200810017288.8
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101219444A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 趙西成;楊西榮;付文杰;蘭新哲
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B21C23/02
• 分類號: B21C23/02;B21C23/01;B21C25/02;B21C23/32;C10M103/06;C21D1/26;C21D9/00;C21D11/00;C10M103/02;C10N40/20
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 劉崇義

技術領域

本發明涉高強度工業純鈦制備方法，特別涉及用等徑彎曲通道變形(Equal?Channel?Angular?Pressing，簡稱ECAP)在室溫制備工業純鈦塊材的方法。

背景技術

作為生物醫用金屬材料必須具備生物化學相容性和生物力學相容性。在此方面，鈦及鈦合金由于其優異的生物性能和力學性能一直是人們重點研究和應用的生物材料。

純鈦具有一定的抗拉強度(≥400MPa)和較高的塑性(≥25％)，以及優良的耐磨性和耐熱性，同時兼有密度小的特點，且其彈性模量與人骨的相近。但純鈦材由于屈服強度低，以致不能滿足生物醫用材料的要求，從而使純鈦材的醫學應用受到限制。而鈦合金由于合金元素的加入，使其力學性能得到改善(加入Al、V可以提高其強度，加入Mo、Nb、Zr、Ta等元素可以使彈性模量更接近人骨)，從而使得鈦合金現在成為主要的生物醫用材料。研究發現，V、Al、Mo等合金元素在生物體內蓄積并產生慢性毒性，從而危害生物體的健康。而Nb、Zr、Ta等合金元素會使鈦合金的密度增加，強度有所降低。且鈦合金的生產工藝復雜。

研究表明，組織細化是提高金屬強度及綜合力學性能的最有效途徑。當材料晶粒細化到納米晶尺度時，不但綜合機械性能會得到改善，而且物理化學特性也會發生重大變化。大塑性變形技術具有強烈的晶粒細化能力，可以直接將材料內部組織細化到亞微米乃至納米級，已被材料科學界公認為是制備納米和超細晶材料的最有前途的方法。等徑彎曲通道變形是一種可直接獲得塊狀亞微米晶或納米晶材料的劇烈塑性變形方法。

經過對現有技術文獻檢索發現，S.L.Semiatin，V.M.Segal，R.E.Goforth等曾在《Metallurgicals?and?Materials?Transactions》(30A(1999)1425-1435)上發表了一篇題為“Workability?of?Commerical-PurityTitanium?and?4340?Steel?during?Equal?Channel?Angular?Extrusion?atCold-Working?Temperatures”的論文，該文對純鈦和4340鋼等難變形的金屬進行了ECAP變形。在文獻中所采用的模具通道夾角Φ＝90°，潤滑劑是石墨基潤滑劑，分別在25℃～325℃的溫度下、采用0.002S^-1～2S^-1的應變速率對純鈦進行了ECAP變形，結果在室溫(25℃)采用0.002S^-1～2S^-1間的任意一種應變速率進行ECAP變形都未能成功獲得表面光滑的工業純鈦試樣，所有變形試樣在變形過程后皆被剪切為碎塊；而該文作者在其它溫度(125℃～325℃)嘗試對純鈦進行ECAP變形，由于擠壓溫度、應變速率、潤滑條件不適當等因素的影響，經ECAP變形后的純鈦也出現了不同程度的斷裂，因而未能得到表面光滑的工業純鈦細晶材料。

在此之后，俄羅斯的Vladimir?V.Stolyarov、美國的Yuntian?T.Zhu等人在450℃～350℃對工業純鈦實施了ECAP變形，最終獲得了表面光滑的塊狀細晶材料。由上海交通大學申請的申請號為：200510029663.7，申請日為：2005年9月15日，公開日為：2006年3月15日，發明名稱為：微/納米晶工業純鈦塊材等徑彎角擠壓制備方法，該發明用等徑彎角擠壓制備工業純鈦塊材，但其是在400℃～500℃對工業純鈦實施了ECAP變形的。用高溫進行等徑彎角擠壓制備工業純鈦塊材，盡管最終獲得了表面光滑的塊狀細晶材料，但是由于采用高溫ECAP變形時，將會產生回復和再結晶現象，影響晶粒細化效果，要達到所需強度，則必須進行更多道次的變形；且高溫ECAP變形，所需制備設備相對比較復雜，操作亦相對比較復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種在室溫下通過對工業純鈦坯料進行等徑彎曲通道變形獲得高強度工業純鈦塊材的制備方法。用該方法制備高強度工業純鈦塊材時，由于在室溫下進行ECAP變形，故晶粒在細化時不會產生回復和再結晶軟化現象，從而可使晶粒細化效果明顯，只需很少道次就可獲得高強度工業純鈦塊材。且該方法使用設備簡單，操作方便。

為解決上述技術問題，本發明是這樣實現的，它包括如下步驟：

①選用工業純鈦TA2熱軋板材做為原料，熱軋板材要進行退火；

②將退火后的工業純鈦TA2熱軋板材切割成坯料，并對其表面進行打磨處理；