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反复轧制过程中TA1纯钛板的组织演化及强化机制
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-02-26
制备超细晶金属主要采用剧烈塑性变形技术，其中应用最为广泛的是等通道转角挤压工艺（ECAP），相继开发了高压扭转工艺（HTP）、累积叠轧工艺（ARB）。
超细晶金属材料因具有高强度、高硬度等性能优点得到了广泛关注。除此之外，研究还发现超细晶纯钛的快速钝化使其相对于粗晶纯钛而言有更高的耐腐蚀性能。目前，制备超细晶金属主要采用剧烈塑性变形技术，其中应用最为广泛的是等通道转角挤压工艺（ECAP），随后，研究者相继开发了高压扭转工艺（HTP）、累积叠轧工艺（ARB）。这些技术在获得超细晶组织的同时也具有难以克服的局限性，G.P.Dinda等用反复冷轧工艺制备了纳米晶Ni、Ti和Zr，其晶粒尺寸可以细化到80nm以下。该技术采用12～26μm厚的纯金属箔（金属纯度＞99%Ni、Ti、Zr），冷轧之前先把金属箔叠4次，形成一个类似“三文治”的层状结构。该工艺制备的纳米晶金属含有明显的界面，而且局部界面的结合并不理想，该研究也未报道制备的纳米晶金属的力学性能。
研究人员采用反复轧制工艺细化工业纯钛组织，将TA1工业纯钛板（厚度8mm）在工业轧机上反复轧制，直到轧机的极限厚度（0.2mm）为止。探索用普通轧制技术制备超细晶纯钛板的可行性，为制备低成本、高强度超细晶纯钛进行有益的尝试。
实验材料为TA1工业纯钛板，尺寸为250mm×100mm×8mm，将其在650℃下保温1h退火后，获得平均晶粒尺寸为80μm的等轴晶组织。为了降低纯钛板的变形抗力，轧制前将纯钛板加热到450℃保温一段时间后再轧制。采用的轧机为大型二辊粗轧机和二／四辊精轧机，轧制速度均小于10m／min。先采用粗轧机反复轧制纯钛板，当厚度小于1mm时，再采用精轧机，反复轧制到轧机的极限厚度0.2mm。在轧制前及轧制过程中，分别在板材厚度为8、1.0、0.5、0.2mm时取样，进行金相观察、透射电镜分析（TEM）、X射线衍射分析（XRD）、静态拉伸试验及断口扫描电镜分析（SEM），研究轧制过程中纯钛板组织和性能的变化。结果表明：
（1）纯钛在常规轧机上经过反复轧制可显著细化晶粒，晶粒尺寸由轧制前的80μm降至120nm。
（2）纯钛强度随着轧制应变量的增加而提高，当Von Mises等效应变为2.4时，平均屈服强度提高到678MPa，是轧制前粗晶的3倍多。
（3）位错及其交互作用是细化晶粒的主要机制，在高密度位错区域由于位错的交互作用而形成了位错胞和亚晶粒，最终演变成超细晶粒。细晶强化和加工硬化是导致纯钛轧制后强度显著提高的主要原因。
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