[发明专利]一种调控亚稳β钛合金力学性能的方法

说明书

本发明公开了一种调控亚稳β钛合金力学性能的方法，该方法是将亚稳β钛合金材料切割成板材，并去除表面氧化层，得到亚稳β钛合金板材；将所述亚稳β钛合金板材进行深冷处理；经过深冷处理后的亚稳β钛合金板材进行预变形加工；将预变形加工后的亚稳β钛合金置于空气中恢复至室温，即得含有孪生组织的亚稳钛合金。该方法通过深冷处理中的温度效应与加工过程中的应力作用，共同实现亚稳钛合金微观组织的调控，在合金中诱发大量孪生组织。这种孪晶组织对合金的强度与塑性有明显的提升作用，实现亚稳β钛合金强韧化。

技术领域

本发明涉及一种调控亚稳β钛合金力学性能的方法，具体涉及一种利用深冷处理与预变形加工相结合的技术来调控亚稳β钛合金强度与塑性的方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

亚稳β钛合金具有良好的热处理响应、焊接性能、优良的力学性能和加工性能，在航空航天飞行器等高科技领域与能源、船舰、汽车等国民经济领域获得了越来越多的应用。此外，亚稳β钛合金还具有较低的弹性模量、优异的耐蚀性、良好的生物相容性及形状记忆效应等，被认为是一种具有广泛应用前景的生物医用材料。对于体心立方结构的亚稳β钛合金，大变形是一种最常见的实现其力学性能优化的方法。例如：Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.35O合金(TNTZO，同时也被称为橡胶合金)，经过90％面所率的冷旋锻加工后，合金抗拉强度从约900MPa提高到1100MPa，弹性模量降至55GPa，具有非线性和约2.5％的超弹性，同时表现出Invar和Elinvar等优异的性能。沈阳金属所杨锐等人通过较大的热变形(棒材直径从280mm加工至12mm)后使得亚稳β钛合金Ti2448获得其一系列优异的力学性能。

此外，科研工作者还采用热处理、等径角挤压等方法对亚稳β钛合金进行强韧化。北京航空航天大学赵新青等人在β相区或α+β双相区对亚稳Ti-10V-2Fe-3Al合金进行热处理，合金中形成硬脆ω相，合金强度得到大幅提升，但其延伸率明显下降。上海交通大学吕维洁等人通过ECAP加工诱发Ti-35Nb-2Ta-3Zr合金马氏体相变，进一步提升了的抗拉强度(534MPa升至765MPa)，同时合金仍保持16％的延伸率。

上述调控亚稳β钛合金力学性能的方法多集中在热作用(热处理)、力的作用(变形加工)以及两者的结合来调控合金性能，而关于通过深冷处理与变形加工相结合的方法来实现亚稳β钛合金力学性能调控的研究较为缺乏。

此外，上述调控亚稳β钛合金力学性能的方法虽各有优点，但仍存在较多问题亟待解决：

1.经大变形后，亚稳β钛合金试件尺寸较小(以TNTZO为例：大变形后合金棒材直径约5mm)，极大地限制了其在汽车、医疗器械、运动产品等领域的应用。

2.热处理的方法可以单一地提高亚稳β钛合金的强度或者塑性，但无法满足高强度与高韧性兼具的要求。

3.由于ECAP模具尺寸的限制，获得的金属坯料形状和尺寸也非常有限。

发明内容

针对现有技术中亚稳β钛合金经过大变形后所得亚稳β钛合金试件尺寸较小(以TNTZO为例：大变形后合金棒材直径约5mm)，应用受到限制，且热处理无法满足高强度与高韧性兼具的要求，以及ECAP加工后获得的金属坯料形状和尺寸有限等问题，本发明的目的是在于提供一种利用深冷处理与预变形组合工艺加工亚稳β钛合金的方法，该方法通过温度效应与应力耦合作用来实现亚稳β钛合金力学性能的调控，通过在亚稳β钛合金中诱发大量孪生组织，从而实现其强韧化。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种调控亚稳β钛合金力学性能的方法，其包括以下步骤：

1)将亚稳β钛合金材料切割成板材，并去除表面氧化层，得到亚稳β钛合金板材；

2)将所述亚稳β钛合金板材进行深冷处理；

3)经过深冷处理后的亚稳β钛合金板材进行预变形加工；