[發(fā)明專利]一種工業(yè)純鈦板材的深低溫加工成形方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011332812.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN112517636A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪炳叔;周保雪;徐戴;鄧麗萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): B21B1/38
• 分類號(hào): B21B1/38;B21B3/00;B21B27/10;B21B45/02
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開一種工業(yè)純鈦板材的深低溫加工成形方法，具體為：第一步：將一塊工業(yè)工業(yè)純鈦板材放在兩硬質(zhì)合金襯板中間，疊置為三明治狀，板材接觸面間刷水，使其相互吸合；第二步：將上步三明治狀結(jié)構(gòu)浸泡在液氮中，靜置20?30分鐘，獲得均勻深冷溫度；第三步：在軋機(jī)軋輥兩側(cè)安裝并開啟液氮噴射裝置，對(duì)軋輥進(jìn)行持續(xù)冷卻，隨后調(diào)整軋機(jī)上下輥輥速，使上下軋輥差速轉(zhuǎn)動(dòng)，隨后快速取出液氮中的三明治（工業(yè)純鈦板材及兩襯板）結(jié)構(gòu)，在軋機(jī)上對(duì)其進(jìn)行深冷異步軋制變形，期間控制樣品軋制時(shí)的溫度不高于?100℃；第四步：重復(fù)第二步和第三步，使純鈦樣品達(dá)到40%～95%變形量。本發(fā)明可增大鈦的道次壓下量，軋制道次少、效率高，較大程度上優(yōu)化板材軋制組織、提高板材的強(qiáng)韌性及塑性變形能力，具有良好的工業(yè)應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

工業(yè)純鈦因其具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐蝕、無磁、無毒性和耐超低溫等一系列優(yōu)良性能，在航天航空、化工、復(fù)合板和生物醫(yī)藥工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如何進(jìn)一步提高工業(yè)純鈦的綜合力學(xué)性能以促進(jìn)新的應(yīng)用是目前的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。常用的提升材料組織和性能的主要途徑是合金強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和固溶沉淀強(qiáng)化等，對(duì)于純金屬或低合金化金屬而言，晶粒細(xì)化和調(diào)控織構(gòu)是改善和提高金屬材料性能的最有效途徑。目前應(yīng)用的熱軋及室溫軋制工藝并不能產(chǎn)生十分均勻細(xì)小的超細(xì)納米晶。劇烈塑性變形，如高壓扭轉(zhuǎn)、等徑角擠壓、累積疊軋、扭曲擠壓等，可以產(chǎn)生大的純剪切應(yīng)變，是細(xì)化晶粒的主要方式。除了累積疊軋外，其他方法均不能得到細(xì)晶板材產(chǎn)品，但有研究發(fā)現(xiàn)累積疊軋方式易使材料邊部產(chǎn)生裂紋，故需尋求更完善的變形方式。相對(duì)于常規(guī)的軋制技術(shù)，異步軋制和深冷軋制主要通過微觀組織調(diào)控獲得晶粒度具有一定分布特征的超細(xì)晶/納米晶結(jié)構(gòu)，同步提高板材的強(qiáng)度和韌性。而結(jié)合異步軋制和深冷軋制優(yōu)點(diǎn)的深冷異步軋制，是目前新興的一種前沿軋制技術(shù)，具有降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品柔性潛能且具有工業(yè)應(yīng)用前景的新工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)純鈦板材的深低溫加工成形方法。該形變方法能使鈦板材在小變形下獲得高孿晶密度的微觀組織，隨著變形量的增加，工業(yè)純鈦板材的強(qiáng)韌性都得到很大程度上地提升，其機(jī)械性能優(yōu)于室溫普通軋制的鈦板材。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

第一步：將平均晶粒大小為50～200μm的工業(yè)純鈦板材放在兩硬質(zhì)合金襯板中間，疊置為三明治狀；

第二步：將第一步中三明治結(jié)構(gòu)（純鈦板及雙襯板）浸在液氮中，獲得均勻深冷溫度-190℃～-100℃；

第三步：快速取出液氮中的樣品，在軋機(jī)上進(jìn)行深冷異步軋制變形；

第四步：將軋制后的三明治結(jié)構(gòu)再次浸入液氮，獲得均勻深低溫度-196℃～-100℃；

第五步：重復(fù)第三步和第四步，使純鈦樣品達(dá)到40%～95%變形量，獲得180～280HV的硬度；

優(yōu)選地，所述第一步中，工業(yè)純鈦板材原料厚度為1-5mm。優(yōu)選地，所述第一步中，在工業(yè)純鈦板材與兩側(cè)硬質(zhì)合金間的接觸面間刷水，使板材相互吸合。

優(yōu)選地，所述第二步中，將三明治結(jié)構(gòu)放入浸泡工具，置入液氮罐中，冷卻20-30min，使板材相互粘結(jié)，并獲得均勻深冷溫度。

優(yōu)選地，所述第三步中，在深冷軋制之前，安裝并開啟軋機(jī)軋輥兩側(cè)的液氮噴射裝置，對(duì)軋輥進(jìn)行持續(xù)冷卻，控制樣品軋制時(shí)的溫度不高于-100℃。

優(yōu)選地，所述第三步中，在深冷軋制之前，調(diào)整軋機(jī)上下軋輥輥速，使上下軋輥異速轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述第三步中，深冷軋制的軋制道次間變形量控制在5%～15%。

優(yōu)選地，所述第四步中，將軋制的三明治結(jié)構(gòu)放在液氮罐中，冷卻5-10min，使三明治結(jié)構(gòu)獲得-190℃～-100℃的均勻深低溫度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，深冷異步襯板軋制，軋制道次少、效率高，能夠有效降低軋制成本，利用本方法制備得到的工業(yè)純鈦板材相較于室溫普通軋制得到的鈦板材具有更高的強(qiáng)韌性，可滿足鈦板材的實(shí)際生產(chǎn)成形要求，具有良好的工業(yè)應(yīng)用潛力，為開發(fā)高強(qiáng)韌性純鈦板提供了新方法。