[發明專利]一種高強度純鈦材料

有效

• 申請號: 201210334161.5
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102899508A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 楊華斌;曹繼敏;樊夢婷;魏芬絨;羅斌莉;王爾崢;楊宏進;王衛民;毛江虹;紀春雨
• 申請（專利權）人: 西安賽特金屬材料開發有限公司
• 主分類號: C22B34/12
• 分類號: C22B34/12;C22F1/18;C21D8/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英

技術領域：

本發明屬于材料領域，涉及一種高強度純鈦材料，尤其是一種低雜質含量純鈦材料及其冷加工和熱處理方法

背景技術：

純鈦材料具有優異的韌塑性、耐蝕性、生物相容性、加工性等特點，且制造成本低，同時，無合金元素添加環境相容，是廣泛應用于軍工國防、航空航天、醫療等領域的結構材料。

然而，由于純鈦材料的強度較低，作為結構材料，應用范圍受到限制。雜質含量越低的純鈦材料，強度就越低，但雜質含量越低，材料的穩定性就越好。

參考國標：GB/T2965-2007鈦及鈦合金棒材

目前，在工業應用中，提高純鈦材料強度最成熟、最有效的方法是進行細晶強化。細晶強化的原理可用hall-Petch公式解釋：由于多晶體中的晶界變形抗力較大，且每個晶粒的變形都要受到周圍晶粒的牽制，故多晶體的室溫強度總是隨著晶粒的細化(即晶界總面積的增加)而提高。多晶體屈服強度σs與晶粒平均直徑d之間的關系可用hall-Petch公式描述：σ_s＝σ₀+kd^-1/2。以不同晶粒尺寸的純鈦材料為例，當晶粒尺寸為7～8級時，強度為400Mpa左右，而當晶粒尺寸達到11～12級時，強度可提高70～100Mpa。這充分說明了細晶強化對于材料強度的提升是有效的。然而，單純通過細化晶粒的方式對純鈦材料強度的提升仍然非常有限，不能滿足某些應用領域對材料強度性能的要求。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種高強度純鈦材料及其制備工藝，高強度純鈦材料采用低雜質含量的純鈦材料，通過冷加工與熱處理方式獲得高于現有強度2～3倍的純鈦材料。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

一種高強度純鈦材料，所述純鈦材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余為Ti。

所述純鈦材料的熔煉原料為0級海綿鈦，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10^-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min。

所述高強度純鈦材料制成的棒絲材，所述棒絲材的直徑Φ≤8mm，棒絲材的抗拉強度≥800Mpa，延伸率≥20％。

所述高強度純鈦材料的制備工藝，包括如下步驟：

(1)熔煉：采用0級海綿鈦為熔煉原料，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10^-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min；

(2)冷加工：采用軋條退火后室溫拉拔的方式進行加工，退火溫度為750℃、時間1h，各拉拔道次中間不得進行熱處理；道次累積冷加工變形量≥70％；

(3)成品退火熱處理：溫度≤400℃，時間≤1h。

所述高強度純鈦材料制備工藝的優選方式為：

采用Φ12mm的純鈦軋條，經過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ11mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經過8個道次，加工為Φ6mm的成品，累積加工變形量為70.2％；棒絲材的抗拉強度≥800Mpa，延伸率≥20％。。

所述高強度純鈦材料制備工藝的優選方式為：采用Φ7mm的純鈦軋條，經過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ6mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經過8個道次，加工為Φ3.25mm的成品，累積加工變形量為70.7％；將所述成品進行低溫退火，退火溫度400℃，退火時間1h。

本發明通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當于鈦合金的高強度，在室溫下使用具有良好的性能穩定性，同時具有鈦合金不可比擬的低成本和環境友好性，本發明的純鈦材料雜質含量低，其強度比現有的純鈦材料高2～3倍。

附圖說明：

圖1a為晶粒度為六級的純鈦材料金相結構圖；

圖1b為晶粒度為十級的純鈦材料金相結構圖；

圖2a為本發明的純鈦材料金相結構圖；

圖2b為傳統的純鈦材料金相結構圖；

圖3a為本發明的純鈦材料低溫退火后的金相結構圖；

圖3b為本發明的純鈦材料未退火的金相結構圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：