[發明專利]一種非均質層狀結構工業純鈦的制備方法

有效

• 申請號: 201711182464.9
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN109825785B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 雍鵬凌;李玉勝;黃照文;李建生;何燕
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;沈陽師范大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22F1/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種非均質層狀結構工業純鈦的制備方法，屬于工業純鈦制造領域。該方法首先將厚度為10～15mm的工業純鈦進行均勻化退火處理得到平均晶粒尺寸為70μm的均勻組織；接著對其進行80～90％的冷軋處理，形成傳統的帶狀冷軋組織；最后在450～500℃條件下對其進行5～60min的不完全再結晶退火處理，制備出非均質層狀結構工業純鈦。力學實驗結果表明該種結構的工業純鈦具有550～660MPa的屈服強度和630～750MPa的抗拉強度，值得注意的是其均勻延伸率能≥4％，并且斷裂延伸率可以≥15％。這種非均質層狀結構工業純鈦解決了工業純鈦強度較低問題，并同時能使其具有良好的延展性和塑性，改善了工業純鈦強塑性匹配性能，便于工業化應用生產。

技術領域

本發明涉及工業純鈦的制備領域，具體的指一種非均質層狀結構工業純鈦的制備方法。

背景技術

鈦及其合金因其高強度和極好的耐腐蝕性，在眾多金屬中有最高的比強度，其比強度是不銹鋼的3.5倍，鋁合金基體的1.3倍，鎂合金的1.7倍，隨著鈦合金的開發研制、鈦在民用工業中的應用將成倍增加，特別是在造船、汽車制造、化工、電子、海洋開發、生物醫學、海水淡化、地熱發電、排污防腐等民用領域將獲得廣泛的應用。純鈦與鈦合金相比不含有Al，V等對人體有害元素，日益受到關注。但同時工業純鈦的強度較鈦合金而言強度較低，很難滿足工業需求。因此，提高工業純鈦的強度同時使其具備一定的塑性和延展性成為工業純鈦是否能夠廣泛應用的關鍵。

劇烈塑性變形(SPD)可以有效的細化晶粒從而達到提高強度的效果，常用的SPD工藝包括高壓扭轉(HPT)，等通道徑角擠壓(ECAP)以及反復疊軋(ABR)等。這些方法雖然能大程度上提高工業純鈦的強度，但隨之而來的是其延展性和加工硬化率的降低。因此，改善強塑性匹配對于工業純鈦來說是一個重要的問題。

近年來，大量研究表明金屬材料的非均質化可以有效的提高材料的綜合力學性能。梯度結構、雙峰結構、諧波結構以及非均質層狀結構能夠提高材料的強塑性匹配性能的主要原因是在材料中引入了應變梯度和軟硬界面，在變形的過程中細化的晶粒以及背應力提高了材料的屈服強度，同時，軟硬界面處大量增殖的幾何必須位錯增強了材料的拉伸塑性。

現有的方法中，Wu等人采用異步軋制和熱處理相結合的方法制備出具有非均質層狀結構的工業純鈦，其強度最高能接近1000MPa，均勻延伸率達到9％，但是該方法制備出來的非均質工業純鈦厚度尺寸為微米尺度，不能滿足工業生產的要求。

而傳統的軋制與后續不完全再結晶退火處理能有效地實現材料結構功能一體化設計，對各種常規工程金屬材料均具有普適性，有著非常廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于針對粗晶態工業純鈦強度低而超細晶/納米晶態工業純鈦塑性極低這一矛盾，提出了一種非均質層狀結構工業純鈦的制備方法。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種非均質層狀結構工業純鈦的制備方法，所使用的工業純鈦的化學成分(wt.％)為：0.15O,0.01N,0.01C,0.03Fe，其余為Ti及不可避免的雜質。

具體步驟如下：

(1)均勻化退火處理

將10～15mm厚的工業純鈦在管式真空退火爐中750℃下保溫2h，得到均勻化組織，其平均晶粒尺寸為70μm。

(2)冷軋處理

將均勻化退火處理后的工業純鈦鈦板表面用砂紙打磨后，在室溫條件下進行冷軋處理，原始板材厚度為10～15mm，軋制后為1～3mm，每道次扎下量為0.3～0.5mm，總軋制壓下量為80～90％。

(3)不完全再結晶退火處理

將管式真空退火爐加熱到450～500℃，再將保溫箱移到樣品處，進行5～60min的保溫退火處理，隨后采用空冷方式冷卻至室溫。