一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，包括如下步驟：步驟101，對具有均勻粗晶微結(jié)構(gòu)的純鈦板在常溫下進(jìn)行異步軋制，得到具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板，其中，鈦板中相鄰超細(xì)晶層片的間距小于1μm；步驟102，將具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板在400～550℃下放置預(yù)定時間進(jìn)行退火處理，使鈦板中部分超細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶，最終得到具有超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片交錯結(jié)構(gòu)的鈦板。本發(fā)明通過對純鈦板進(jìn)行雙軋輥異步軋制，來得到具有均勻細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板,再對該鈦板進(jìn)行退火處理,從而使部分細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶,使最終得到的產(chǎn)品既具有細(xì)晶的強(qiáng)度,又具備回復(fù)再結(jié)晶的拉伸塑性。
【專利說明】
一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬領(lǐng)域，特別是涉及一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬有兩個重要的力學(xué)性質(zhì)，即強(qiáng)度和均勻拉伸伸長率(簡稱塑性)。高強(qiáng)度可使金屬在發(fā)生塑性變形之前承擔(dān)大的載荷，而大塑性則可使其在破壞之前進(jìn)行較大的塑性變形，避免發(fā)生突然的破壞。材料的強(qiáng)度和塑性取決于內(nèi)部晶粒尺寸的大小，傳統(tǒng)的粗晶具有很大的塑性，隨晶粒尺寸減小到納米尺寸時，強(qiáng)度顯著提高、卻幾乎喪失了全部的塑性。人們面臨的極大挑戰(zhàn)是怎樣同時獲得這兩個極端的性能，如何能夠通過一種有效的技術(shù)手段，讓金屬材料同時獲得超細(xì)晶的高強(qiáng)度以及粗晶的大拉伸塑性，成為一大技術(shù)性難題。
[0003]因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題在于:提出一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬材料無法同時獲得超細(xì)晶的高強(qiáng)度以及粗晶的大拉伸塑性的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬材料無法同時獲得高強(qiáng)度和大拉伸塑性的技術(shù)問題。
[0005]特別地，本發(fā)明提供一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，包括如下步驟:
[0006]步驟101，對具有均勻粗晶微結(jié)構(gòu)的純鈦板在常溫下進(jìn)行異步乳制，得到具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板，其中，超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中相鄰超細(xì)晶層片的間距小于Ιμπι;
[0007]步驟102，將具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板在400?550°C下放置預(yù)定時間進(jìn)行退火處理，使超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中部分超細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶，最終得到具有超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片交錯結(jié)構(gòu)的鈦板。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟101還包括預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟包括:
[0009]步驟201，在對所述純鈦板進(jìn)行異步乳制前先對所述純鈦板的上下表面進(jìn)行打磨處理；
[0010]步驟202，再對打磨處理后的所述純鈦板進(jìn)行去污處理。
[0011]進(jìn)一步地，所述去污處理包括先用3%鹽酸酒精溶液對所述純鈦板的表面做去污處理，然后再用無水乙醇清洗。
[0012]進(jìn)一步地，步驟101中，所述的異步乳制包括如下步驟，
[0013]步驟301，將所述純鈦板放置在由上下兩組乳輥構(gòu)成的通道中，利用上下兩組乳輥對所述純鈦板的上下表面同時進(jìn)行乳制；
[0014]步驟302，當(dāng)一個道次乳制完成后，再將所述純鈦板相對兩組乳輥的行進(jìn)方向進(jìn)行首尾對調(diào)和上下對調(diào)。
[0015]進(jìn)一步地，所述上下兩組乳輥的轉(zhuǎn)速不同，且上部乳輥的轉(zhuǎn)速小于下部乳輥的轉(zhuǎn)速。
[0016]進(jìn)一步地，所述純鈦板經(jīng)過異步乳制工序后至少使所述純鈦板的下壓率大于80%。
[0017]進(jìn)一步地，所述的預(yù)定時間為15?600秒。
[0018]進(jìn)一步地，所述超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中超細(xì)晶層片的部分再結(jié)晶層片數(shù)量，隨放置時間的延長而增加，最終得到的鈦板中的部分再結(jié)晶層片與超細(xì)晶層片的比例為1:2?5。
[0019]進(jìn)一步地，所述超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片的間距為Ιμπι?5μπι。
[0020]進(jìn)一步地，所述部分再結(jié)晶層片中的晶體平均尺度小于5μπι。
[0021]本發(fā)明通過對純鈦板進(jìn)行雙乳輥異步乳制，來得到具有均勻細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板，再對該鈦板進(jìn)行退火處理，從而使部分細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶，使最終得到的產(chǎn)品既具有細(xì)晶的強(qiáng)度，又具備回復(fù)再結(jié)晶的拉伸塑性。本發(fā)明的產(chǎn)品能夠通過工業(yè)上常規(guī)的乳制成型技術(shù)得到，因此很容易在工業(yè)上形成規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的制備方法流程示意圖；
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的預(yù)處理流程示意圖；
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的異步乳制流程示意圖；
[0025]圖4是純鈦板的微觀結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖5是根據(jù)本發(fā)明制備方法得到的非均勻?qū)悠伆宓慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明實施例的核心思想之一是提出一種可同時獲得細(xì)晶的高強(qiáng)度和粗晶的塑性的復(fù)合層片微結(jié)構(gòu)金屬的新思路。
[0028]本發(fā)明實施例的方法雖然是以金屬鈦板作為描述，但該方法還可以應(yīng)用于其它金屬板的制備，在應(yīng)用到其它金屬的制備時，只需要根據(jù)該金屬的特性做適應(yīng)的參數(shù)調(diào)整即可。以下的實施例以金屬鈦板作為優(yōu)選實施例進(jìn)行介紹。
[0029]實施例一
[0030]如圖1所示，示出了本發(fā)明一個實施例的制備方法的步驟流程圖，具體可以包括如下步驟:
[0031]步驟101，對具有均勻粗晶微結(jié)構(gòu)的純鈦板在常溫下進(jìn)行異步乳制，得到具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板，其中，超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中相鄰超細(xì)晶層片的間距小于Ιμπι。
[0032]如圖4所示，純鈦板中的平均晶粒尺度約為43μπι，在對其進(jìn)行異步乳制后，晶粒細(xì)化，并隨每道次的乳制細(xì)化為超細(xì)晶層片。
[0033]如圖3所示，其中的異步乳制即采用兩組乳輥，由純鈦板的上下表面同時進(jìn)行乳制，而且兩組乳輥的轉(zhuǎn)速不同，即，可以是位于上部的乳輥轉(zhuǎn)速大于位于下部的扎輥轉(zhuǎn)速，也可以相反。如:本實施例中，與純鈦板上表面對應(yīng)的乳輥的轉(zhuǎn)速為lm/s，與鈦板下表面對應(yīng)乳輥的轉(zhuǎn)速為1.3m/s，經(jīng)過30?40道次常溫異步乳制，每道次壓下率< 5%。
[0034]乳制后的純鈦板其體積在上下兩個方向被壓縮，本實施例的下壓率至少要大于80%。該下壓率可以通過多道次的乳輥扎制實現(xiàn)，其中，每道次乳制完成后，可將純鈦板相對乳輥的轉(zhuǎn)動方向進(jìn)行前后對調(diào)，以及上下面對調(diào)，使得乳制更均勻。
[0035]經(jīng)過多次乳制后純鈦板的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，多次乳制后形成多層超細(xì)晶鈦板，完成后的欽板中的各超細(xì)晶層片間距小于Ιμπι。
[0036]步驟102，將具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板在400?550°C下放置預(yù)定時間進(jìn)行退火處理，使超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中部分超細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶，最終得到具有超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片交錯結(jié)構(gòu)的鈦板。
[0037]含有超細(xì)晶層片的鈦板在400?550°C溫度的退火行為，使超細(xì)晶層片部分回復(fù)再結(jié)晶，再結(jié)晶的數(shù)量與在該溫度下放置的時間長短有關(guān)，時間越長回復(fù)的超細(xì)晶層片越多，因此，可以根據(jù)預(yù)定得到的塑性鈦板的強(qiáng)度和拉伸塑性要求調(diào)整放置時間。如:
[0038]靜置時間為5分鐘，回復(fù)再結(jié)晶層片的比例為30%，超細(xì)晶層片的比例為70%。
[0039]靜置時間為15秒，回復(fù)再結(jié)晶層片的比例為10%，超細(xì)晶層片的比例為90%。
[0040]如圖5所示，本實施例將超細(xì)晶鈦板的放置時間設(shè)置為15?600秒，以使部分再結(jié)晶層片的體積與超細(xì)晶層片的體積比為1:2?5，而超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片的間距在1μπι-5μπι之間，部分再結(jié)晶層片中的晶體平均尺度小于5μπι。該結(jié)構(gòu)下的塑性鈦板能夠?qū)崿F(xiàn)700?900MPa拉伸屈服強(qiáng)度，且具有8?14%的均勻拉伸伸長率。
[0041 ] 在本實施例中，退火的溫度優(yōu)選為450?500°C。
[0042]本實施例處理后的塑性鈦板表現(xiàn)出顯著的包申格效應(yīng)，這是由于背應(yīng)力硬化效應(yīng)所導(dǎo)致的，并提出了背應(yīng)力形成機(jī)理，即部分再結(jié)晶層片與超細(xì)晶層片在拉伸變形時塑性變形不協(xié)調(diào)，大量的塑性變形由部分再結(jié)晶層片來承擔(dān)。這種應(yīng)變再分配在部分再結(jié)晶層片與超細(xì)晶層片層的界面形成了幾何必需位錯和位錯塞積，產(chǎn)生了背應(yīng)力硬化。相比之下，均質(zhì)微結(jié)構(gòu)中只存在林位錯硬化，而觀察不到背應(yīng)力硬化。
[0043]本實施例中，雖然部分再結(jié)晶層片的比例在1/3左右，但總的強(qiáng)度仍可達(dá)到超細(xì)晶的強(qiáng)度，這一違背教科書常識的結(jié)果來源于背應(yīng)力強(qiáng)化。當(dāng)外應(yīng)力達(dá)到部分再結(jié)晶層片屈服強(qiáng)度的時候，它們試圖開始塑性變形。但是它們被超細(xì)晶層片完全包圍而無法變形，導(dǎo)致幾何必需位錯塞積在部分再結(jié)晶層片與超細(xì)晶層片的層界面，形成很大背應(yīng)力強(qiáng)化，直到超細(xì)晶層片開始屈服。換句話說，部分再結(jié)晶層片在背應(yīng)力作用下變得與超細(xì)晶層片幾乎一樣強(qiáng)。
[0044]本發(fā)明實施例經(jīng)過處理后的鈦板同時具有超細(xì)晶的強(qiáng)度和粗晶的拉伸塑性，并且能夠通過工業(yè)常規(guī)乳制成型技術(shù)實現(xiàn)，易于工業(yè)上的規(guī)?；a(chǎn)。
[0045]實施例二
[0046]如圖2所示，進(jìn)一步地，在實施例一的基礎(chǔ)上，在對純鈦板進(jìn)行異步乳制前，還可以包括預(yù)處理步驟，該預(yù)處理步驟包括:
[0047]步驟201，對純鈦板的預(yù)乳制的兩個表面進(jìn)行打磨，使其具備一定的粗糙度而利于乳輥的乳制。
[0048]這里的打磨目的是為提高乳輥與純鈦板接觸時的摩擦效果，避免相互滑動，因此，具體的打磨方式可以是砂紙、砂輪。純鈦板的粗糙度可以在3.2?50Rz之間。此外，也可以通過調(diào)整乳輥表面的粗糙度來提高兩者的摩擦效果。
[0049]步驟202，對打磨后的純鈦板進(jìn)行清潔處理。
[0050]具體的清潔方式可以是先用3%鹽酸酒精溶液對純鈦板的表面做去污處理，再用無水乙醇清洗表面。
[0051]通過預(yù)處理后的純鈦板能夠提高乳制時的效果，避免出現(xiàn)乳制不均勻的現(xiàn)象，提高最終的強(qiáng)度和拉伸塑性效果。
[0052]以上對本發(fā)明所提供的一種同時提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
[0053]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項】
1.一種提高金屬鈦強(qiáng)度和拉伸塑性的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟101，對具有均勻粗晶微結(jié)構(gòu)的純鈦板在常溫下進(jìn)行異步乳制，得到具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板，其中，超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中相鄰超細(xì)晶層片的間距小于?μπι; 步驟102，將具有超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板在400?550°C下放置預(yù)定時間進(jìn)行退火處理，使超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中部分超細(xì)晶層片回復(fù)再結(jié)晶，最終得到具有超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片交錯結(jié)構(gòu)的鈦板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于， 所述步驟101還包括預(yù)處理步驟，所述預(yù)處理步驟包括: 步驟201，在對所述純鈦板進(jìn)行異步乳制前先對所述純鈦板的上下表面進(jìn)行打磨處理； 步驟202，再對打磨處理后的所述純鈦板進(jìn)行去污處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于， 所述去污處理包括先用3%鹽酸酒精溶液對所述純鈦板的表面做去污處理，然后再用無水乙醇清洗。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于， 步驟101中，所述的異步乳制包括如下步驟， 步驟301，將所述純鈦板放置在由上下兩組乳輥構(gòu)成的通道中，利用上下兩組乳輥對所述純鈦板的上下表面同時進(jìn)行乳制； 步驟302，當(dāng)一個道次乳制完成后，再將所述純鈦板相對兩組乳輥的行進(jìn)方向進(jìn)行首尾對調(diào)和上下對調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于， 所述上下兩組乳輥的轉(zhuǎn)速不同，且上部乳輥的轉(zhuǎn)速小于下部乳輥的轉(zhuǎn)速。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于， 所述純鈦板經(jīng)過異步乳制工序后至少使所述純鈦板的下壓率大于80%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于， 所述的預(yù)定時間為15?600秒。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于， 所述超細(xì)晶層片微結(jié)構(gòu)的鈦板中超細(xì)晶層片的部分再結(jié)晶層片數(shù)量，隨放置時間的延長而增加，最終得到的鈦板中的部分再結(jié)晶層片與超細(xì)晶層片的比例為1:2?5。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于， 所述超細(xì)晶層片和部分再結(jié)晶層片的間距為Iym?5μπι。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于， 所述部分再結(jié)晶層片中的晶體平均尺度小于5μπι。
【文檔編號】C22F1/18GK105821360SQ201610178632
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】武曉雷, 楊沐鑫, 袁福平
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所