CN112517636A - 一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法,具体为:第一步:将一块工业工业纯钛板材放在两硬质合金衬板中间,叠置为三明治状,板材接触面间刷水,使其相互吸合;第二步:将上步三明治状结构浸泡在液氮中,静置20‑30分钟,获得均匀深冷温度;第三步:在轧机轧辊两侧安装并开启液氮喷射装置,对轧辊进行持续冷却,随后调整轧机上下辊辊速,使上下轧辊差速转动,随后快速取出液氮中的三明治(工业纯钛板材及两衬板)结构,在轧机上对其进行深冷异步轧制变形,期间控制样品轧制时的温度不高于‑100℃;第四步:重复第二步和第三步,使纯钛样品达到40%~95%变形量。本发明可增大钛的道次压下量,轧制道次少、效率高,较大程度上优化板材轧制组织、提高板材的强韧性及塑性变形能力,具有良好的工业应用潜力。
Description
技术领域
工业纯钛因其具有质轻、高强、耐蚀、无磁、无毒性和耐超低温等一系列优良性能,在航天航空、化工、复合板和生物医药工程等领域得到广泛的应用。如何进一步提高工业纯钛的综合力学性能以促进新的应用是目前的研究难点和研究热点。常用的提升材料组织和性能的主要途径是合金强化、形变强化、细晶强化和固溶沉淀强化等,对于纯金属或低合金化金属而言,晶粒细化和调控织构是改善和提高金属材料性能的最有效途径。目前应用的热轧及室温轧制工艺并不能产生十分均匀细小的超细纳米晶。剧烈塑性变形,如高压扭转、等径角挤压、累积叠轧、扭曲挤压等,可以产生大的纯剪切应变,是细化晶粒的主要方式。除了累积叠轧外,其他方法均不能得到细晶板材产品,但有研究发现累积叠轧方式易使材料边部产生裂纹,故需寻求更完善的变形方式。相对于常规的轧制技术,异步轧制和深冷轧制主要通过微观组织调控获得晶粒度具有一定分布特征的超细晶/纳米晶结构,同步提高板材的强度和韧性。而结合异步轧制和深冷轧制优点的深冷异步轧制,是目前新兴的一种前沿轧制技术,具有降低生产成本、提高产品柔性潜能且具有工业应用前景的新工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法。该形变方法能使钛板材在小变形下获得高孪晶密度的微观组织,随着变形量的增加,工业纯钛板材的强韧性都得到很大程度上地提升,其机械性能优于室温普通轧制的钛板材。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
第一步:将平均晶粒大小为50~200μm的工业纯钛板材放在两硬质合金衬板中间,叠置为三明治状;
第二步:将第一步中三明治结构(纯钛板及双衬板)浸在液氮中,获得均匀深冷温度-190℃~-100℃;
第三步:快速取出液氮中的样品,在轧机上进行深冷异步轧制变形;
第四步:将轧制后的三明治结构再次浸入液氮,获得均匀深低温度-196℃~-100℃;
第五步:重复第三步和第四步,使纯钛样品达到40%~95%变形量,获得180~280HV的硬度;
优选地,所述第一步中,工业纯钛板材原料厚度为1-5mm。优选地,所述第一步中,在工业纯钛板材与两侧硬质合金间的接触面间刷水,使板材相互吸合。
优选地,所述第二步中,将三明治结构放入浸泡工具,置入液氮罐中,冷却20-30min,使板材相互粘结,并获得均匀深冷温度。
优选地,所述第三步中,在深冷轧制之前,安装并开启轧机轧辊两侧的液氮喷射装置,对轧辊进行持续冷却,控制样品轧制时的温度不高于-100℃。
优选地,所述第三步中,在深冷轧制之前,调整轧机上下轧辊辊速,使上下轧辊异速转动。
优选地,所述第三步中,深冷轧制的轧制道次间变形量控制在5%~15%。
优选地,所述第四步中,将轧制的三明治结构放在液氮罐中,冷却5-10min,使三明治结构获得-190℃~-100℃的均匀深低温度。
与现有技术相比,深冷异步衬板轧制,轧制道次少、效率高,能够有效降低轧制成本,利用本方法制备得到的工业纯钛板材相较于室温普通轧制得到的钛板材具有更高的强韧性,可满足钛板材的实际生产成形要求,具有良好的工业应用潜力,为开发高强韧性纯钛板提供了新方法。
附图说明
图1是本发明的制备流程图;
图2是本发明制得的工业纯钛板材与室温普通轧制制得的工业纯钛板材的力学性能比较;
图3是本发明制备的工业纯钛板材与室温普通轧制制备的工业纯钛板材在小变形下(3%)的微观组织图;
图4是本发明制备的工业纯钛板材与室温普通轧制制备的工业纯钛板材在大变形下(70%)的微观组织图;
图中:1-工业纯钛板材,2-衬板,3-三明治结构,4-液氮罐配件提筒,5-液氮罐,6-均匀深低温处理的三明治结构,7-上液氮喷射装置,8-下液氮喷射装置,9-上轧辊,10-下轧辊。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,以下实施例涉及三步工序包括:钛板及双衬板的浸液氮深低温处理,深冷异步轧制变形以及退火热处理,具体步骤如下:
第一步:以平均晶粒大小为160μm的工业纯钛板材1为原料,工业纯钛板材1原料的厚度为2mm。
第二步:将工业纯钛板材1放在两衬板2中间,叠置为三明治状,在板材1及衬板2间的接触面上刷水,使板材相互吸合。第三步:将第一步中三明治结构3(纯钛板及双衬板)放置在液氮罐配件提筒4中,浸入液氮罐5,冷却温度约为-196℃,冷却时间为20min,使板材相互粘结,得到均匀深低温处理的三明治结构6。
第四步:安装并开启轧机轧辊两侧的液氮喷射装置7、8 ,分别对上轧辊9及下轧辊10 进行持续冷却,控制钛板材轧制时的温度不高于-100℃。
第五步:调整轧机上辊9及下辊10辊速,使上下轧辊异速转动。
第六步:快速取出液氮中浸泡的三明治结构6,在轧机上进行深冷异步衬板轧制,轧制的实际道次压下量控制在10%。深冷轧制过程中的深低温度抑制了变形过程中的位错运动,诱发孪晶协调变形,大量激活的孪晶分割细化晶粒,较大程度上提高了晶粒的细化程度,提高了材料强度及硬度;由于孪晶诱发塑性,可获得较高的塑性的钛板材;在孪晶及少位错运动的共同作用下,板材的高抗性致使其紧缩行为不稳定,不会显著降低其韧性;同时,深冷轧制可以避免材料边裂问题,得到成形较好的板材。异步轧制相较于普通同步轧制,可以提高轧制压下率,降低轧制压力,使板材在较大的剪切下轧制变形,较大程度上细化晶粒,得到超细晶或纳米晶。衬板轧制使轧制方向(RD)的剪切应力转变为法向方向(ND)的压缩应力,在避免边裂问题的同时,还可以提高轧制单道次压下量,降低轧制压力。
第七步:将轧制后的三明治结构11再次浸入液氮,冷却10min,使该结构获得均匀深低温度~-150℃。
第八步:重复第六步和第七步,使工业纯钛板材达到40%~95%变形量。随着变形量的加大,引入更大应变,使材料发生应***化。
取出终轧后的工业纯钛板材,即本发明制备出的工业纯钛板材。
如图2所示,深冷异步衬板轧制制得的纯钛板的显微硬度高于室温普通轧制制得的纯钛板的显微硬度。轧制下压10%时,低温板材的硬度为121.8HV,室温板材的硬度为102.7HV;轧制下压70%时,低温板材的硬度为219.3HV,室温板材的硬度为196.9HV。低温和室温的显微硬度值都是随应变量的增加而增加的,随应变量增加,中高变形时,显微硬度的增长速率逐渐下降,趋近恒定。
如图3所示,图3a是本专利所述的深冷异步衬板轧制方法制备的3%变形量下的金相微观组织,图3b是室温普通轧制在相同变形下得到的金相微观组织。通过孪晶片层数统计,本专利方法制备的板材片层数是室温普通轧制板材的2.5倍。可见,相较于室温普通轧制,深冷异步衬板轧制可使板材在小变形下就获得较高孪晶密度的组织,充分发挥孪晶机制在变形中的协调作用。
如图4所示,图3a是本专利所述的深冷异步衬板轧制方法制备的70%变形量下的金相微观组织,图3b是室温普通轧制在相同变形下得到的金相微观组织。可见,相较于室温普通轧制,深冷异步衬板轧制可使板材获得较为均匀细密的轧制组织,利于机械性能的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,包括:
第一步:将工业工业纯钛板材放在两合金衬板中间,叠置为三明治状;
第二步:将第一步中三明治结构浸在液氮中,获得均匀深冷温度-190℃~-100℃;
第三步:快速取出液氮中的样品,在轧机上进行深冷异步轧制变形;
第四步:将轧制后的三明治结构再次浸入液氮,获得均匀深低温度-196℃~-100℃;
第五步:重复第三步和第四步,使纯钛样品达到40%~95%变形量。
2.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第一步中工业纯钛板材原料厚度为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第一步中在工业纯钛板材及两侧合金衬板接触面上刷水,使板材相互吸合。
4.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第二步具体是将三明治结构放入液氮浸泡工具,一同置入液氮罐中,冷却20-30min,使板材粘结,获得均匀深冷温度。
5.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第三步中,在深冷异步轧制之前,安装并开启轧机轧辊两侧的液氮喷射装置,对轧辊进行持续冷却,控制样品轧制时的温度不高于-100℃。
6.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第三步中,在深冷异步轧制之前,调整轧机上下轧辊辊速,使上下轧辊差速转动。
7.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第三步中,深冷异步轧制的轧制道次间变形量控制在5%-15%。
8.根据权利要求1所述的工业纯钛板材的深低温加工成形方法,其特征在于,所述第四步具体是将轧制的三明治结构放在液氮罐中,冷却5-10min,使三明治结构获得-190℃~-100℃的均匀深低温度。
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2020
- 2020-11-24 CN CN202011332812.8A patent/CN112517636A/zh active Pending
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