复合变形制备超细晶工业纯钛的研究进展

发布时间：2022-01-22 22:34

　　随着经济的发展和人口老龄化的加剧,医用金属材料在创伤外科、整形手术和口腔医疗中的需求量越来越大。其中钛及钛合金具有优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容性,因此被广泛应用。钛合金中含有对人体有害的合金元素,会使人体出现病症,因此不含合金元素的工业纯钛在生物医学材料领域越来越受到重视。近几十年来,国内外学者应用等径通道挤压（ECAP）技术成功制备出超细晶工业纯钛。但是ECAP技术制备超细晶材料存在细化和强化极限,而且ECAP道次数较多,工序复杂,生产效率低,对工件的尺寸和形状要求很高,因此限制了超细晶工业纯钛的应用。为了使工业纯钛的强度满足使用要求,并且开发出易于实际运用的加工技术,将ECAP与传统塑性加工相结合（复合变形技术）的研究和应用越来越多。工业纯钛先经多道次ECAP变形细化晶粒,再经传统塑性加工提高位错密度,其强度可增加到1 000 MPa左右,并且保持良好的塑性。后变形使ECAP变形后的等轴晶粒被拉长,且分布不均匀,材料的力学性能表现出强烈的各向异性。复合变形可以运用较少道次的ECAP,缩短了加工周期。此外,通过后变形可以将材料加工成所需的成品形状,更易于生产和应用。复合变形后的超... 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(19)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同塑性变形的受力状态:

由图6可知，工业纯钛经4道次ECAP变形后形成明显的柱面织构，但最大极密度只有1.6。与密排六方金属ECAP变形后极图中的常见织构对比可知[41],ECAP变形4道次后(0002)极图形成了B织构、C1织构和C2织构。经过旋锻变形后，柱面织构基本消失，(0002)极图形成了基面织构，由于工业纯钛的轴比c/a<1.633，使得其(0002)极图的基点沿ED方向扩展，并与法线方向TD倾转约±45°。与ECAP变形相比，旋锻后的最大极密度显著增强至4。Fan等[17]对8道次ECAP变形工业纯钛分别在室温和液氮温度下进行轧制，都形成了大量的基面(0002)织构，与粗晶工业纯钛在室温下轧制后形成的典型织构相同。由此可见，复合变形后形成的形变织构与单独进行传统塑性变形时形成的织构相似，即复合变形后织构类型主要取决于ECAP变形后的塑性变形方式。并且，复合变形量越大，织构的最大极密度越高。

工业纯钛经ECAP+挤压复合变形的显微组织与ECAP+轧制相似,即晶粒进一步细化,位错密度升高,横向晶粒的等轴性下降,纵向被拉长细化[24-25]。图4为工业纯钛经过8道次ECAP变形+冷挤(总变形量为75%)后横截面的显微组织[24]。从图4中可以看出,工业纯钛经ECAP和挤压复合变形后,横截面晶粒失去等轴性,形状复杂,没有规律性,晶粒边界模糊。总体来说,复合变形后显微组织的差异是受力状态不同造成的,图5为工件进行不同塑性变形的受力状态图[34]。由图5可得,轧制、挤压、拉拔和旋锻的变形状态都为两向压缩,一向延伸,这也是后变形中纵向显微组织伸长的原因,其中轧制、挤压和旋锻受三向压应力,拉拔受两向压力和一向拉力。三向压应力有助于材料塑性的发挥,对防止裂纹产生有一定的作用。经ECAP加工后的超细晶纯钛再进行后变形,在三向压应力的作用下可以充分发挥超细晶纯钛较好的塑性,因此在不经历中间退火的情况下,变形量可以达到很高。其中,挤压和拉拔的加工方式使坯料表面在加工过程中受到很大的摩擦力,容易产生裂纹,在加工前必须进行良好的润滑,这一缺点也限制了其工业运用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]等通道转角挤压法制备超细晶纯钛的研究进展（英文）[J]. 谷艳霞,马爱斌,江静华,宋丹.  稀有金属材料与工程. 2017(12)
[2]钛及钛合金ECAP变形研究进展[J]. 杨西荣,赵西成,付文杰.  材料导报. 2010(05)
[3]室温ECAP和冷轧复合变形工业纯钛的组织和性能[J]. 付文杰,赵西成,杨西荣,兰新哲.  材料研究学报. 2008(03)

硕士论文
[1]室温ECAP+旋锻复合加工纯钛材的组织性能研究[D]. 宋小杰.西安建筑科技大学 2016



本文编号：3603030