近年來,等通道轉角擠壓(簡稱ECAP)技術因可有效制備塊狀超細晶(亞微米和納米級)材料而引起材料科學家的極度重視。該技術是將試樣通過2個互成一定角度的等截面通道,經多次重復擠壓實現試樣的劇烈變形。由于ECAP變形可有效形成大角度晶界結構(不同于軋制、擠壓及拉拔等常規加工變形方法形成的小角度晶界胞狀結構),致使試樣晶粒細化,獲得平均晶粒尺寸達到亞微米甚至納米級的組織,提高了材料的強度和塑性,改善了材料的綜合力學性能。采用ECAP技術制備的
鈦及
鈦合金,在強度、超塑性、疲勞極限和耐腐蝕性等方面都有顯著提高。目前,ECAP法制備的鈦及鈦合金連接件,已應用于醫學、汽車和航空領域。
科研人員關于工業純鈦級別對超細晶鈦力學性能的影響進行了研究。采用的試驗料為工業純鈦Grade2和Grade4,這兩種級別工業純鈦的主要差異在于Grade4的氧、鐵含量較高。坯料取自熱軋板,尺寸為25㎜×25㎜×175㎜,平均晶粒度分別約為110和70μm。擠壓之前,坯料上涂敷石墨基潤滑劑,并預熱至300℃。采用90°ECAP模具,擠壓速率1.27㎜/s,兩個擠壓道次之間需在加熱爐中加熱15分鐘,共擠壓8道次。研究結果如下:
Grade2在300℃、8道次加工達到晶粒細化目的,而Grade4要在≥450℃同樣路徑下擠壓加工獲得:平均晶粒度約為300nm的等軸晶和亞晶粒組織。
經過ECAP加工,工業純鈦Grade2和Grade4的強度都得到明顯提高,而且該工藝能夠使這兩種工業純鈦保持足夠的延性(>20%)。其中,超細晶Grade4的延性和應變硬化能力都優于Grade2,這是因為Grade4的雜質含量較高、加工溫度高的緣故。
ECAP加工后,Grade4材料獲得了具有應用價值的力學性能:高強度(σy約758MPa和σUTS約947MPa)和高延性(25%),這使超細晶工業純鈦Grade4有望成為取代鈦合金的潛在醫用材料。
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