[发明专利]一种制备纳米结构化钛合金材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种制备纳米结构化钛合金材料的方法。

背景技术

钛是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，亦有良好的抗腐蚀能力。由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。在金属元素中，钛的比强度很高。它是一种高强度但低质量的金属，而且具有相当好的延展性(尤其是在无氧的环境下)。钛的表面呈银白色金属光泽。它的熔点相当高(超过1,649摄氏度)，所以是良好的耐火金属材料。目前，钛合金主要应用于航空航天领域，同时，钛合金在医用材料领域方面的需求量也越来越大，随着科学技术的不断发展，工业界对钛合金材料的力学性能要求越来越高。

传统制造钛合金材料的方法主要有摆碾成形、锻造、拉拔、轧制、旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变强化，以提高钛合金材料强度并保证一定韧性，而且还可有效细化晶粒。但是通过上述方法获得的材料的织构具有流线型，细化后的晶粒具有方向性，且为小角度晶界。由于钛合金是难变形材料，因此获得材料的塑性较差，因此，必须寻求新的技术和工艺方法，进一步提高钛合金材料力学性能，保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。

发明内容

本发明的目的在于提一种制备纳米结构化钛合金材料的方法。主要解决目前钛合金材料变形难、可塑性较差的问题，同时提高钛合金材料抗疲劳、抗断裂以及抗腐蚀能力，获得更加优化的机械性能。

本发明的一种制备纳米结构化钛合金材料的方法，包括将钛合金材料经过等通道转角挤压、滚压，使其深度的大塑性变形,再经反复拉伸、挤出及横锻.获得纳米结晶结构化钛合金材料,其特征在于：等通道转角挤压和滚压为连续非等温挤压和滚压。

上述本发明的方法，所说的等通道转角挤压、滚压，其工艺顺序可以按挤压、滚压的先后顺序进行，也可以先滚压、后挤压的顺序进行，它们也可以交替进行，但工艺应当是连续的，挤压和滚压各工艺段的温度不等同。足以使其深度的大塑性变形即可。

所述连续非等温，是指整个工艺过程中各工艺阶段采用的温度处理不一样，但整个流程是连续性的。

上述本发明的方法，进一步包括将纳米结构化钛合金进行连续高温、高压处理。所述高温如图6中的ECAP中的700-850℃；热模的温度200-300℃，所述高压是高净态压500-1200MPa，优先500-700MPa。

上述本发明的方法，进一步包括拉孔步骤。

上述本发明的方法，进一步，进一步包括钛合金的退火处理。

上述本发明的方法，其热模的温度控制在200-300℃之间，滚子的温度控制在20-50℃之间。

上述本发明的方法，所述纳米，其纳米的平均晶粒尺寸为40-70nm范围，优选40-60nm范围。

上述本发明的方法，所述等通道转角为90度直角，等通道转角挤压为多维度挤压，重复2-4次。等通道转角挤压优选为3维度挤压，优选重复3次。所述多维度挤压是指前后、左右、上下及扭转等各个方向全方位的深度剪切挤压。

所述纳米结构化钛合金材料为杆材。

本发明的方法，其基本过程是，首先应用等通道转角挤压(Equal-channel angular processing，ECAP)和滚压工艺处理，转角优选直角，ECAP挤压和滚压工艺不分先后，也可交替进行，使钛合金基材经历深度的大塑性变形；再经反复拉孔、拉伸、挤出及横锻步骤，以获得纳米尺度的晶体结构；进一步，包括对纳米结构晶体相的钛合金材料作连续高温如ECAP中的温度为700-850℃，和高压如500-1200MPa，优先500-700MPa处理，使其获得抗疲劳、抗断裂以及抗腐蚀能力，采用连续非等温ECAP-滚压(Continuous Non-isothermal ECAP-rolling)技术，使钛合金达到超强变形。各热模入口直径以微尺度逐级缩小，如在每次通过时缩小0.002英寸(50.8μm)，热模的温度控制在200-300℃之间，滚子的温度则控制在20-50℃之间。其中，等通道转角挤压ECAP为多维度挤压，重复2-4次。等通道转角挤压优选为3维度(也可简称为3D)挤压，优选重复3次。