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反復軋制過程中TA1純鈦板的組織演化及強化機制
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-02-26
制備超細晶金屬主要采用劇烈塑性變形技術，其中應用最為廣泛的是等通道轉角擠壓工藝（ECAP），相繼開發了高壓扭轉工藝（HTP）、累積疊軋工藝（ARB）。
?超細晶金屬材料因具有高強度、高硬度等性能優點得到了廣泛關注。除此之外，研究還發現超細晶純鈦的快速鈍化使其相對于粗晶純鈦而言有更高的耐腐蝕性能。目前，制備超細晶金屬主要采用劇烈塑性變形技術，其中應用最為廣泛的是等通道轉角擠壓工藝（ECAP），隨后，研究者相繼開發了高壓扭轉工藝（HTP）、累積疊軋工藝（ARB）。這些技術在獲得超細晶組織的同時也具有難以克服的局限性，G.P.Dinda等用反復冷軋工藝制備了納米晶Ni、Ti和Zr，其晶粒尺寸可以細化到80nm以下。該技術采用12～26μm厚的純金屬箔（金屬純度＞99%Ni、Ti、Zr），冷軋之前先把金屬箔疊4次，形成一個類似“三文治”的層狀結構。該工藝制備的納米晶金屬含有明顯的界面，而且局部界面的結合并不理想，該研究也未報道制備的納米晶金屬的力學性能。
研究人員采用反復軋制工藝細化工業純鈦組織，將TA1工業純鈦板（厚度8mm）在工業軋機上反復軋制，直到軋機的極限厚度（0.2mm）為止。探索用普通軋制技術制備超細晶純鈦板的可行性，為制備低成本、高強度超細晶純鈦進行有益的嘗試。
實驗材料為TA1工業純鈦板，尺寸為250mm×100mm×8mm，將其在650℃下保溫1h退火后，獲得平均晶粒尺寸為80μm的等軸晶組織。為了降低純鈦板的變形抗力，軋制前將純鈦板加熱到450℃保溫一段時間后再軋制。采用的軋機為大型二輥粗軋機和二／四輥精軋機，軋制速度均小于10m／min。先采用粗軋機反復軋制純鈦板，當厚度小于1mm時，再采用精軋機，反復軋制到軋機的極限厚度0.2mm。在軋制前及軋制過程中，分別在板材厚度為8、1.0、0.5、0.2mm時取樣，進行金相觀察、透射電鏡分析（TEM）、X射線衍射分析（XRD）、靜態拉伸試驗及斷口掃描電鏡分析（SEM），研究軋制過程中純鈦板組織和性能的變化。結果表明：
（1）純鈦在常規軋機上經過反復軋制可顯著細化晶粒，晶粒尺寸由軋制前的80μm降至120nm。
（2）純鈦強度隨著軋制應變量的增加而提高，當Von?Mises等效應變為2.4時，平均屈服強度提高到678MPa，是軋制前粗晶的3倍多。
（3）位錯及其交互作用是細化晶粒的主要機制，在高密度位錯區域由于位錯的交互作用而形成了位錯胞和亞晶粒，最終演變成超細晶粒。細晶強化和加工硬化是導致純鈦軋制后強度顯著提高的主要原因。
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