[发明专利]一种高强度纯钛板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料技术领域的制备方法，特别涉及一种高强度纯钛板材的制备方法。

背景技术

纯钛以其较低的密度、较高的比强度和比刚度、良好的耐腐蚀性能，尤其具有良好的高温持久性以及优异的生物相容性，在生物医学、航空航天、汽车、生物等领域得到了广泛应用。然而，纯钛虽具有良好的塑性，但是作为承载部件强度不高、耐磨损性能差、室温下变形困难等制约了纯钛的发展与应用。

细化晶粒是提高材料强度及综合机械性能的重要途径，亦是唯一能够同时提高材料强度和改善材料韧性的方法。目前用于材料晶粒细化的方法和工艺有很多，如快速凝固(Rapid solidification)、机械合金化(Mechanical alloying)、粉末冶金(Power metallurgy)及剧烈塑性变形法(Severe Plastic Deformation，SPD)等。在众多材料细化方法中，剧烈塑性变形法是一种有效且以控制组织为目的的塑性加工方法，通过该方法可直接获得细晶、亚微晶以及纳米晶组织，并可显著提高材料的力学性能，尤其是强度。

然而对于密排六方金属纯钛而言，由于滑移系少，存在剧烈塑性变形困难、室温下变形开裂等问题。目前，对纯钛采用的剧烈塑性变形方法主要有高压扭转法(High Pressure Torsion，HPT)，但采用HPT方法得到的变形纯钛尺寸很小，难以制备大体积的材料；采用累积叠轧法(Accumulative roll bonding，ARB)对板材的叠合面轧辊表面以及环境气氛等要求苛刻，采用此方法仅限于制备纯钛复合薄带，且材料复合界面易导致裂纹产生。等通道弯角挤压(Equal channel angularpressing，ECAP)是近几年新研发的一种细化晶粒、提高材料强度的大塑性变形工艺，但纯钛的ECAP变形通常在中温下进行，且仍只适用于制作小规格的棒材，对于大尺寸纯钛板材的制备仍具有一定的局限性，同时模具消耗严重。因而寻求一种室温下的新型工艺从而提高纯钛强度，以制备大尺寸的纯钛板材、满足纯钛的应用要求，仍是目前亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高强度纯钛板材的制备方法，所述方法采用室温限制模压剧烈塑性变形辅以电脉冲退火处理，可制备高强度、大尺寸的纯钛板材。本发明的技术方案如下：

一种高强度纯钛板材的制备方法，按照以下工艺步骤进行：

(1)采用可控压力试验机将纯钛板材在室温下进行限制模压剧烈塑性变形，所述限制模压剧烈塑性变形过程的工艺参数为：模压模具的压弯模选择齿宽1～5mm，齿高1～5mm，变形速率2～50mm/min，经2～3道次变形；

(2)在限制模压变形的各个道次间对纯钛板材进行电脉冲退火处理；

(3)在进行限制模压剧烈塑性变形的最后道次处理后得到高强度纯钛板材。

所述步骤(1)的纯钛板材厚度为1～5mm，其长和宽可根据需要以及试验机的容量进行选择。

步骤(1)中，采用的限制模压变形模具由限制模、压弯模、压平模三部分组成，压弯模由压弯上模、压弯下模和限制模组成；压平模由压平上模、压平下模和限制模组成，先采用一对压弯模对其斜齿部分正对的纯钛板材部分进行剪切变形；接下来采用压平模对纯钛板材发生剪切变形的部分进行压平；再将纯钛板材水平旋转180°，按照上述步骤将板材剩余未发生剪切变形的部分进行剪切变形后再压平，此为1个道次的变形过程，经2～3道次变形后得到步骤(1)的变形板材。

所述步骤(2)的电脉冲退火处理只在限制模压剧烈塑性变形道次间进行，限制模压剧烈塑性变形的最后一道次结束后即得到高强度纯钛板材；所述电脉冲退火处理的工艺参数为：脉冲电流密度为0.1～1kA/mm²，脉冲电流频率10～50Hz，脉宽10～30μs，处理时间1～30min。

本发明技术方案的原理解释：