一種高強(qiáng)度純鈦材料制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高強(qiáng)度純鈦材料及其制備工藝，所述純鈦材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余為Ti。所述純鈦材料的熔煉原料為0級海綿鈦，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1pa，漏氣率＜0.2Pa/min。本發(fā)明專利技術(shù)通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性，本發(fā)明專利技術(shù)的純鈦材料雜質(zhì)含量低，其強(qiáng)度比現(xiàn)有的純鈦材料高2～3倍。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高強(qiáng)度純鈦材料
：本專利技術(shù)屬于材料領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)度純鈦材料，尤其是一種低雜質(zhì)含量純鈦材料及其冷加工和熱處理方法
技術(shù)介紹
：純鈦材料具有優(yōu)異的韌塑性、耐蝕性、生物相容性、加工性等特點(diǎn)，且制造成本低，同時，無合金元素添加環(huán)境相容，是廣泛應(yīng)用于軍工國防、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)材料。然而，由于純鈦材料的強(qiáng)度較低，作為結(jié)構(gòu)材料，應(yīng)用范圍受到限制。雜質(zhì)含量越低的純鈦材料，強(qiáng)度就越低，但雜質(zhì)含量越低，材料的穩(wěn)定性就越好。參考國標(biāo)：GB/T2965-2007鈦及鈦合金棒材目前，在工業(yè)應(yīng)用中，提高純鈦材料強(qiáng)度最成熟、最有效的方法是進(jìn)行細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)晶強(qiáng)化的原理可用hall-Petch公式解釋：由于多晶體中的晶界變形抗力較大，且每個晶粒的變形都要受到周圍晶粒的牽制，故多晶體的室溫強(qiáng)度總是隨著晶粒的細(xì)化(即晶界總面積的增加)而提高。多晶體屈服強(qiáng)度σs與晶粒平均直徑d之間的關(guān)系可用hall-Petch公式描述：σs＝σ0+kd-1/2。以不同晶粒尺寸的純鈦材料為例，當(dāng)晶粒尺寸為7～8級時，強(qiáng)度為400Mpa左右，而當(dāng)晶粒尺寸達(dá)到11～12級時，強(qiáng)度可提高70～100Mpa。這充分說明了細(xì)晶強(qiáng)化對于材料強(qiáng)度的提升是有效的。然而，單純通過細(xì)化晶粒的方式對純鈦材料強(qiáng)度的提升仍然非常有限，不能滿足某些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧蠌?qiáng)度性能的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高強(qiáng)度純鈦材料及其制備工藝，高強(qiáng)度純鈦材料采用低雜質(zhì)含量的純鈦材料，通過冷加工與熱處理方式獲得高于現(xiàn)有強(qiáng)度2～3倍的純鈦材料。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的：一種高強(qiáng)度純鈦材料，所述純鈦材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余為Ti。所述純鈦材料的熔煉原料為0級海綿鈦，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min。所述高強(qiáng)度純鈦材料制成的棒絲材，所述棒絲材的直徑Φ≤8mm，棒絲材的抗拉強(qiáng)度≥800Mpa，延伸率≥20％。所述高強(qiáng)度純鈦材料的制備工藝，包括如下步驟：(1)熔煉：采用0級海綿鈦為熔煉原料，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min；(2)冷加工：采用軋條退火后室溫拉拔的方式進(jìn)行加工，退火溫度為750℃、時間1h，各拉拔道次中間不得進(jìn)行熱處理；道次累積冷加工變形量≥70％；(3)成品退火熱處理：溫度≤400℃，時間≤1h。所述高強(qiáng)度純鈦材料制備工藝的優(yōu)選方式為：采用Φ12mm的純鈦軋條，經(jīng)過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ11mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個道次，加工為Φ6mm的成品，累積加工變形量為70.2％；棒絲材的抗拉強(qiáng)度≥800Mpa，延伸率≥20％。。所述高強(qiáng)度純鈦材料制備工藝的優(yōu)選方式為：采用Φ7mm的純鈦軋條，經(jīng)過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ6mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個道次，加工為Φ3.25mm的成品，累積加工變形量為70.7％；將所述成品進(jìn)行低溫退火，退火溫度400℃，退火時間1h。本專利技術(shù)通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性，本專利技術(shù)的純鈦材料雜質(zhì)含量低，其強(qiáng)度比現(xiàn)有的純鈦材料高2～3倍。附圖說明：圖1a為晶粒度為六級的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖1b為晶粒度為十級的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖2a為本專利技術(shù)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖2b為傳統(tǒng)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖3a為本專利技術(shù)的純鈦材料低溫退火后的金相結(jié)構(gòu)圖；圖3b為本專利技術(shù)的純鈦材料未退火的金相結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)描述：本專利技術(shù)的目的是采用低雜質(zhì)含量的純鈦材料，通過適當(dāng)?shù)募庸し绞将@得高于現(xiàn)有強(qiáng)度2～3倍的純鈦材料。該專利技術(shù)通過控制材料的成分和加工方式，使純鈦材料不僅具有相當(dāng)于鈦合金的高強(qiáng)度，在室溫下使用具有良好的性能穩(wěn)定性，同時具有鈦合金不可比擬的低成本和環(huán)境友好性。本專利技術(shù)中采用的純鈦材料的組成如下：為保證純鈦材料的低雜質(zhì)含量需控制以下兩點(diǎn)：熔煉原料必須為0級海綿鈦，且Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min。本專利技術(shù)中純鈦材料的尺寸和性能特征在于：成品材料為棒絲材，材料直徑Φ≤8mm，長度不限。材料的抗拉強(qiáng)度＞800Mpa，延伸率＞20％。本專利技術(shù)中加工方式的特征在于：為獲得高達(dá)800Mpa的純鈦材料，采用退火后室溫拉拔的方式進(jìn)行加工，坯料的退火溫度為750℃、時間1h，各拉拔道次中間不得進(jìn)行熱處理。道次累積冷加工變形量≥70％。隨著變形量的增大，純鈦材料中出現(xiàn)了大量的孿晶組織和孿晶界面。孿晶界面對材料強(qiáng)化的作用方式與晶界類似，當(dāng)材料組織中存在大量的孿晶界面時，位錯將難以穿過孿晶界面進(jìn)行變形，導(dǎo)致界面處塞積大量的位錯，引起應(yīng)力集中，造成加工硬化，達(dá)到提升材料強(qiáng)度的目的。因此，純鈦材料的變形量越大、形變孿晶越多，孿晶尺寸越小，材料強(qiáng)度將越高。本專利技術(shù)中采用的熱處理制度如下：在不損失材料強(qiáng)度的前提下，為了改善純鈦材料的塑性，適當(dāng)提高純鈦材料的延伸率，可進(jìn)行低溫?zé)崽幚怼崽幚碇贫ǎ簻囟取?00℃，時間≤1h。實(shí)施例1：(1)本專利技術(shù)純鈦材料和傳統(tǒng)純鈦材料的組織、性能對比采用Φ12mm的純鈦軋條，經(jīng)過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ11mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個道次，加工為Φ6mm的成品，累積加工變形量為70.2％。對該成品進(jìn)行組織和性能測試，與傳統(tǒng)加工方式的對比如圖2a和圖2b所示，圖2a為本專利技術(shù)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖；圖2b為傳統(tǒng)的純鈦材料金相結(jié)構(gòu)圖。由圖2a和圖2b可以看出本專利技術(shù)和傳統(tǒng)純鈦材料的組織明顯不同，本專利技術(shù)的組織為大量彌散、細(xì)小的孿晶組織，而傳統(tǒng)純鈦材料為晶界平直，呈多邊形的再結(jié)晶形貌。由強(qiáng)度對比可知，本專利技術(shù)材料的抗拉強(qiáng)度為傳統(tǒng)純鈦材料強(qiáng)度的兩倍多，同時仍保持較好的韌塑性。(2)低溫退火與未退火材料的組織和硬度對比采用Φ7mm的純鈦軋條，經(jīng)過750℃，1h的退火后，扒皮為Φ6mm的光條，采用室溫拉拔的加工方式，經(jīng)過8個道次，加工為Φ3.25mm的成品，累積加工變形量為70.7％。將上述成品進(jìn)行低溫退火，退火溫度400℃，退火時間1h。對退火與未退火成品的組織和性能進(jìn)行測試，對比結(jié)果如圖3a和圖3b所示，圖3a為本專利技術(shù)的純鈦材料低溫退火后的金相結(jié)構(gòu)圖；圖3b為本專利技術(shù)的純鈦材料未退火的金相結(jié)構(gòu)圖。由圖3a和圖3b可以看出，經(jīng)過低溫退火的樣品組織與未退火的樣品組織形貌差別不大，低溫退火后仍可以保留大量的孿晶組織。由性能對比可以看出，低溫退火后材料的強(qiáng)度和硬度略有下降，但下降幅度不大，仍高于傳統(tǒng)加工方式的純鈦材料。同時，低溫退火起到了提高材料塑性的目的，相比未退火樣品，延伸率有明顯上升。以上所述，僅是本專利技術(shù)的較佳實(shí)施例而已，并非對本專利技術(shù)作任何形式上的限制，雖然本專利技術(shù)已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本專利技術(shù)，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本專利技術(shù)技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高強(qiáng)度純鈦材料，其特征在于：所述純鈦材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余為Ti。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強(qiáng)度純鈦材料棒絲材的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟：(1)熔煉：采用0級海綿鈦為熔煉原料，且0級海綿鈦中Fe含量≤0.02wt％；熔煉過程的真空度≤2×10-1Pa，漏氣率＜0.2Pa/min；(2)冷加工：采用軋條退火后室溫拉拔的方式進(jìn)行加工，退火溫度為750℃、時間1h，各拉拔道次中間不得進(jìn)行熱處理；道次累積冷加工變形量≥70％；(3)成品退火熱處理：溫度≤400℃，時間≤1h；采用Ф7mm的純鈦軋條，經(jīng)過750℃，1h的退火后，扒皮為Ф6mm的光條，采用室溫拉拔的加工方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊華斌，曹繼敏，樊夢婷，魏芬絨，羅斌莉，王爾崢，楊宏進(jìn)，王衛(wèi)民，毛江虹，紀(jì)春雨，
申請(專利權(quán))人：西安賽特金屬材料開發(fā)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：