CN102899508A - 一种高强度纯钛材料 - Google Patents
一种高强度纯钛材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102899508A CN102899508A CN2012103341615A CN201210334161A CN102899508A CN 102899508 A CN102899508 A CN 102899508A CN 2012103341615 A CN2012103341615 A CN 2012103341615A CN 201210334161 A CN201210334161 A CN 201210334161A CN 102899508 A CN102899508 A CN 102899508A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pure titanium
- titanium material
- annealing
- high strength
- strength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强度纯钛材料及其制备工艺，所述纯钛材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余为Ti。所述纯钛材料的熔炼原料为0级海绵钛，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1pa，漏气率＜0.2Pa/min。本发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性，本发明的纯钛材料杂质含量低，其强度比现有的纯钛材料高2～3倍。
Description
技术领域：
本发明属于材料领域，涉及一种高强度纯钛材料，尤其是一种低杂质含量纯钛材料及其冷加工和热处理方法
背景技术：
纯钛材料具有优异的韧塑性、耐蚀性、生物相容性、加工性等特点，且制造成本低，同时，无合金元素添加环境相容，是广泛应用于军工国防、航空航天、医疗等领域的结构材料。
然而，由于纯钛材料的强度较低，作为结构材料，应用范围受到限制。杂质含量越低的纯钛材料，强度就越低，但杂质含量越低，材料的稳定性就越好。
参考国标：GB/T2965-2007钛及钛合金棒材
目前，在工业应用中，提高纯钛材料强度最成熟、最有效的方法是进行细晶强化。细晶强化的原理可用hall-Petch公式解释：由于多晶体中的晶界变形抗力较大，且每个晶粒的变形都要受到周围晶粒的牵制，故多晶体的室温强度总是随着晶粒的细化(即晶界总面积的增加)而提高。多晶体屈服强度σs与晶粒平均直径d之间的关系可用hall-Petch公式描述：σs＝σ0+kd-1/2。以不同晶粒尺寸的纯钛材料为例，当晶粒尺寸为7～8级时，强度为400Mpa左右，而当晶粒尺寸达到11～12级时，强度可提高70～100Mpa。这充分说明了细晶强化对于材料强度的提升是有效的。然而，单纯通过细化晶粒的方式对纯钛材料强度的提升仍然非常有限，不能满足某些应用领域对材料强度性能的要求。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高强度纯钛材料及其制备工艺，高强度纯钛材料采用低杂质含量的纯钛材料，通过冷加工与热处理方式获得高于现有强度2～3倍的纯钛材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种高强度纯钛材料，所述纯钛材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余为Ti。
所述纯钛材料的熔炼原料为0级海绵钛，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min。
所述高强度纯钛材料制成的棒丝材，所述棒丝材的直径Φ≤8mm，棒丝材的抗拉强度≥800Mpa，延伸率≥20％。
所述高强度纯钛材料的制备工艺，包括如下步骤：
(1)熔炼：采用0级海绵钛为熔炼原料，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min；
(2)冷加工：采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量≥70％；
(3)成品退火热处理：温度≤400℃，时间≤1h。
所述高强度纯钛材料制备工艺的优选方式为：
采用Φ12mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ11mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ6mm的成品，累积加工变形量为70.2％；棒丝材的抗拉强度≥800Mpa，延伸率≥20％。。
所述高强度纯钛材料制备工艺的优选方式为：采用Φ7mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ6mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ3.25mm的成品，累积加工变形量为70.7％；将所述成品进行低温退火，退火温度400℃，退火时间1h。
本发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性，本发明的纯钛材料杂质含量低，其强度比现有的纯钛材料高2～3倍。
附图说明：
图1a为晶粒度为六级的纯钛材料金相结构图；
图1b为晶粒度为十级的纯钛材料金相结构图；
图2a为本发明的纯钛材料金相结构图；
图2b为传统的纯钛材料金相结构图；
图3a为本发明的纯钛材料低温退火后的金相结构图；
图3b为本发明的纯钛材料未退火的金相结构图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明的目的是采用低杂质含量的纯钛材料，通过适当的加工方式获得高于现有强度2～3倍的纯钛材料。该发明通过控制材料的成分和加工方式，使纯钛材料不仅具有相当于钛合金的高强度，在室温下使用具有良好的性能稳定性，同时具有钛合金不可比拟的低成本和环境友好性。
本发明中采用的纯钛材料的组成如下：
为保证纯钛材料的低杂质含量需控制以下两点：熔炼原料必须为0级海绵钛，且Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min。
本发明中纯钛材料的尺寸和性能特征在于：
成品材料为棒丝材，材料直径Φ≤8mm，长度不限。材料的抗拉强度＞800Mpa，延伸率＞20％。
本发明中加工方式的特征在于：
为获得高达800Mpa的纯钛材料，采用退火后室温拉拔的方式进行加工，坯料的退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理。道次累积冷加工变形量≥70％。
随着变形量的增大，纯钛材料中出现了大量的孪晶组织和孪晶界面。孪晶界面对材料强化的作用方式与晶界类似，当材料组织中存在大量的孪晶界面时，位错将难以穿过孪晶界面进行变形，导致界面处塞积大量的位错，引起应力集中，造成加工硬化，达到提升材料强度的目的。因此，纯钛材料的变形量越大、形变孪晶越多，孪晶尺寸越小，材料强度将越高。
本发明中采用的热处理制度如下：
在不损失材料强度的前提下，为了改善纯钛材料的塑性，适当提高纯钛材料的延伸率，可进行低温热处理。热处理制定：温度≤400℃，时间≤1h。
实施例1：
(1)本发明纯钛材料和传统纯钛材料的组织、性能对比
采用Φ12mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ11mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ6mm的成品，累积加工变形量为70.2％。对该成品进行组织和性能测试，与传统加工方式的对比如图2a和图2b所示，图2a为本发明的纯钛材料金相结构图；图2b为传统的纯钛材料金相结构图。
由图2a和图2b可以看出本发明和传统纯钛材料的组织明显不同，本发明的组织为大量弥散、细小的孪晶组织，而传统纯钛材料为晶界平直，呈多边形的再结晶形貌。由强度对比可知，本发明材料的抗拉强度为传统纯钛材料强度的两倍多，同时仍保持较好的韧塑性。
(2)低温退火与未退火材料的组织和硬度对比
采用Φ7mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ6mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ3.25mm的成品，累积加工变形量为70.7％。将上述成品进行低温退火，退火温度400℃，退火时间1h。对退火与未退火成品的组织和性能进行测试，对比结果如图3a和图3b所示，图3a为本发明的纯钛材料低温退火后的金相结构图；图3b为本发明的纯钛材料未退火的金相结构图。
由图3a和图3b可以看出，经过低温退火的样品组织与未退火的样品组织形貌差别不大，低温退火后仍可以保留大量的孪晶组织。由性能对比可以看出，低温退火后材料的强度和硬度略有下降，但下降幅度不大，仍高于传统加工方式的纯钛材料。同时，低温退火起到了提高材料塑性的目的，相比未退火样品，延伸率有明显上升。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高强度纯钛材料，其特征在于：所述纯钛材料中Fe≤0.04wt％、C≤0.04wt％、N≤0.04wt％、H≤0.04wt％、O≤0.04wt％，其余为Ti。
2.如权利要求1所述高强度纯钛材料，其特征在于：所述纯钛材料的熔炼原料为0级海绵钛，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％：熔炼过程的真空度≤2×10-1Pa，漏气率＜0.2Pa/min。
3.如权利要求1所述高强度纯钛材料制成的棒丝材，其特征在于：所述棒丝材的直径Φ≤8mm，棒丝材的抗拉强度≥800Mpa，延伸率≥20％。
4.如权利要求1所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)熔炼：采用0级海绵钛为熔炼原料，且0级海绵钛中Fe含量≤0.02wt％；熔炼过程的真空度≤2×10-1pa，漏气率＜0.2Pa/min；
(2)冷加工：采用轧条退火后室温拉拔的方式进行加工，退火温度为750℃、时间1h，各拉拔道次中间不得进行热处理；道次累积冷加工变形量≥70％；
(3)成品退火热处理：温度≤400℃，时间≤1h。
5.如权利要求4所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于：
采用Φ12mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ11mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ6mm的成品，累积加工变形量为70.2％；棒丝材的抗拉强度≥800Mpa，延伸率≥20％。
6.如权利要求4所述高强度纯钛材料的制备工艺，其特征在于：
采用Φ7mm的纯钛轧条，经过750℃，1h的退火后，扒皮为Φ6mm的光条，采用室温拉拔的加工方式，经过8个道次，加工为Φ3.25mm的成品，累积加工变形量为70.7％；将所述成品进行低温退火，退火温度400℃，退火时间1h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210334161.5A CN102899508B (zh) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | 一种高强度纯钛材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210334161.5A CN102899508B (zh) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | 一种高强度纯钛材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102899508A true CN102899508A (zh) | 2013-01-30 |
| CN102899508B CN102899508B (zh) | 2017-04-12 |
Family
ID=47571993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210334161.5A Active CN102899508B (zh) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | 一种高强度纯钛材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102899508B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104451256A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-25 | 西北有色金属研究院 | 一种航天推进剂贮箱金属膜片用钛板 |
| CN105887133A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-08-24 | 湖南新发科技有限责任公司 | 一种电解二氧化锰生产用高变形抗力钛阳极的制备方法 |
| CN106947929A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-07-14 | 东南大学 | 一种高强度细晶纯钛棒线材的制备方法 |
| CN107142434A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-08 | 东南大学 | 一种高强度钛合金棒线材的制备方法 |
| CN107429372A (zh) * | 2015-03-11 | 2017-12-01 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 一种用于制造商业纯钛产品的工艺 |
| CN109930028A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-25 | 盐城华旭机械制造有限公司 | 一种基于冲压成型的钣金板材及其加工工艺 |
| CN110295334A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-01 | 常州大学 | 一种高强度高塑性多级结构工业纯钛的制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59179772A (ja) * | 1983-03-30 | 1984-10-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高強度純チタン板の製造方法 |
| JPS61193720A (ja) * | 1985-02-21 | 1986-08-28 | Nippon Steel Corp | 良好な表面と高い衝撃値を有するチタン製品の熱間押出法 |
| CN1534103A (zh) * | 2003-03-20 | 2004-10-06 | ��ʽ�������Ƹ��� | 纯钛制建筑材料及其制造方法 |
| CN101307398A (zh) * | 2008-07-14 | 2008-11-19 | 西北有色金属研究院 | 一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法 |
| CN101708511A (zh) * | 2007-12-13 | 2010-05-19 | 攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司 | 纯钛无缝管的制造方法 |
| CN102094136A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-15 | 西安航天博诚新材料有限公司 | 一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法 |
| CN102489942A (zh) * | 2011-11-27 | 2012-06-13 | 西安航天博诚新材料有限公司 | 一种阴极辊用无缝钛筒制造方法 |
| CN102899509A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-30 | 云南钛业股份有限公司 | 一种海绵钛试锭的制备方法 |
-
2012
- 2012-09-11 CN CN201210334161.5A patent/CN102899508B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59179772A (ja) * | 1983-03-30 | 1984-10-12 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高強度純チタン板の製造方法 |
| JPS61193720A (ja) * | 1985-02-21 | 1986-08-28 | Nippon Steel Corp | 良好な表面と高い衝撃値を有するチタン製品の熱間押出法 |
| CN1534103A (zh) * | 2003-03-20 | 2004-10-06 | ��ʽ�������Ƹ��� | 纯钛制建筑材料及其制造方法 |
| CN101708511A (zh) * | 2007-12-13 | 2010-05-19 | 攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司 | 纯钛无缝管的制造方法 |
| CN101307398A (zh) * | 2008-07-14 | 2008-11-19 | 西北有色金属研究院 | 一种洁净钛及钛合金铸锭的熔炼方法 |
| CN102094136A (zh) * | 2010-12-09 | 2011-06-15 | 西安航天博诚新材料有限公司 | 一种眼镜架用纯钛丝材及其制造方法 |
| CN102489942A (zh) * | 2011-11-27 | 2012-06-13 | 西安航天博诚新材料有限公司 | 一种阴极辊用无缝钛筒制造方法 |
| CN102899509A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-30 | 云南钛业股份有限公司 | 一种海绵钛试锭的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王怀柳: "工业纯钛TA1板材的研制", 《特钢技术》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104451256A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-25 | 西北有色金属研究院 | 一种航天推进剂贮箱金属膜片用钛板 |
| CN107429372A (zh) * | 2015-03-11 | 2017-12-01 | 山特维克知识产权股份有限公司 | 一种用于制造商业纯钛产品的工艺 |
| US10612117B2 (en) | 2015-03-11 | 2020-04-07 | Sandvik Intellectual Property Ab | Process for manufacturing a product of commercially pure titanium |
| CN105887133A (zh) * | 2016-06-28 | 2016-08-24 | 湖南新发科技有限责任公司 | 一种电解二氧化锰生产用高变形抗力钛阳极的制备方法 |
| CN107142434A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-09-08 | 东南大学 | 一种高强度钛合金棒线材的制备方法 |
| CN106947929A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-07-14 | 东南大学 | 一种高强度细晶纯钛棒线材的制备方法 |
| CN109930028A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-25 | 盐城华旭机械制造有限公司 | 一种基于冲压成型的钣金板材及其加工工艺 |
| CN110295334A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-10-01 | 常州大学 | 一种高强度高塑性多级结构工业纯钛的制备方法 |
| CN110295334B (zh) * | 2019-07-16 | 2020-11-24 | 常州大学 | 一种高强度高塑性多级结构工业纯钛的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102899508B (zh) | 2017-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102899508A (zh) | 一种高强度纯钛材料 | |
| TWI631222B (zh) | 高強度α／β鈦合金 | |
| CN107099764B (zh) | 一种提高钛合金锻件损伤容限性能的热处理工艺 | |
| JP2015508847A (ja) | チタン合金 | |
| CN1298874C (zh) | 一种超弹性低模量钛合金及制备和加工方法 | |
| JP5567093B2 (ja) | 安定した超弾性を示すＣｕ−Ａｌ−Ｍｎ系合金材とその製造方法 | |
| CN104233003B (zh) | 一种高锰镍铬电阻电热合金及其制备方法 | |
| JP5917558B2 (ja) | キャスティングによるナノ双晶形成チタン材料の作製方法 | |
| CN110144496A (zh) | 具有改良性能的钛合金 | |
| WO2012032610A1 (ja) | チタン材 | |
| CN105886976B (zh) | 一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺 | |
| CN110643911A (zh) | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 | |
| JP5592600B2 (ja) | 熱間型鍛造用の生体用Ｃｏ基合金素材及びその製造方法 | |
| CN111074131B (zh) | 一种共晶高熵合金的热机械处理方法 | |
| CN109266906A (zh) | 一种β型钛合金材料及其制备方法和应用 | |
| CN113718154A (zh) | 超高强韧性高密度高熵合金及其制备方法 | |
| CN106756500B (zh) | 高强度高韧性气瓶用无缝钢管及生产方法 | |
| KR101414505B1 (ko) | 고강도 및 고성형성을 가지는 티타늄 합금의 제조방법 및 이에 의한 티타늄 합금 | |
| CN105603256B (zh) | 一种ta3冷轧板材和ta3冷轧板材细晶强化方法 | |
| CN107740020A (zh) | 一种钛镍管材的制备方法 | |
| Ye et al. | Martensitic transformation of Ti-18Nb (at.%) alloy with zirconium | |
| KR102434519B1 (ko) | 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금 | |
| CN105734466B (zh) | 一种改进7xxx系变形铝合金组织与性能的固溶热处理方法 | |
| Li et al. | Microstructure and mechanical properties of cold-rolled Ti50Ni47Fe3 shape memory alloy | |
| CN106756692B (zh) | 一种提高tc4钛合金片层组织球化率的双道次锻造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Fan Mengting Inventor after: Mao Jianghong Inventor after: Yang Huabin Inventor after: Lin Haifeng Inventor after: Cao Jimin Inventor after: Wei Fenrong Inventor after: Luo Binli Inventor after: Wang Erzheng Inventor after: Yang Hongjin Inventor after: Wang Weimin Inventor before: Yang Huabin Inventor before: Ji Chunyu Inventor before: Cao Jimin Inventor before: Fan Mengting Inventor before: Wei Fenrong Inventor before: Luo Binli Inventor before: Wang Erzheng Inventor before: Yang Hongjin Inventor before: Wang Weimin Inventor before: Mao Jianghong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: YANG HUABIN CAO JIMIN FAN MENGTING WEI FENRONG LUO BINLI WANG ERZHENG YANG HONGJIN WANG WEIMIN MAO JIANGHONG JI CHUNYU TO: FAN MENGTING YANG HUABIN LIN HAIFENG CAO JIMIN WEI FENRONG LUO BINLI WANG ERZHENG YANG HONGJIN WANG WEIMIN MAO JIANGHONG |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 710299 No. 10, north section of Weihua Road, Jingwei new town, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Saite New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 710018 No. 46, Fengcheng Third Road, Weiyang District, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee before: Xi'an Saite Metal Materials Development Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |