CN109092904A - 通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，包括如下步骤：(1)首先依次选用不同型号的水磨砂纸将样品各个面打磨至光亮；(2)将上述打磨后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距进行轧制处理，所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10‑20s‑1，单道次压下量0.1‑0.4mm，总压下量10‑25％，轧制温度范围0‑25℃。本发明高纯钛板材经过轧制处理之后，形成大量的高密度孪晶，使得其织构强度显著降低，晶粒择优取向明显弱化，进而降低了高纯钛板材的各向异性，从而提高了其使用性能。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种通过轧制变形弱化高纯钛板 材织构的方法。
背景技术
钛金属材料是一类具有高比强度、良好的耐腐蚀性和耐热性的金属材料， 因而广泛应用在航空、航天、计算机、军事、汽车、生物医药及化工等领域。 其中，纯钛作为钛金属材料中的一种，具有优异的机械性能、耐腐蚀性能，且 制造成本相对较低，因此在工业生产领域有着广泛的应用。
然而纯钛板材在拉伸过程中，各向异性的存在会使其出现制耳现 象，影响材料的使用性能，纯钛的各向异性等性能与其微观组织(晶 粒的尺寸、孪晶、织构等)密切相关。Chen等在《Journal of Materials Processing Technology》(2005年170期181-186页)研究纯钛板材的 成型性时发现，在拉伸过程中由于各向异性的存在，使得钛板在三个 方向上的屈服强度和抗拉强度存在很大差异，高密度的孪晶弱化织构 可以有效的减小材料各向异性，提高材料的综合力学性能。
轧制是一种常见的高效、低成本加工工艺，通过轧制变形可以将材料加工 成相应的形状。钛及钛合金板材的制造都是先获得铸锭再锻造开坯，然后再通 过轧制加工制成板材，然而纯钛由于自身结构的原因，在轧制过程中容易发生 孪生变形，产生各种孪晶。商业纯钛在轧制变形过程中，在低应变量阶段(变 形量为10-30％)，只会在部分晶粒内部产生少量的孪晶，导致其力学性能较差。 然而，高纯钛板材由于杂质含量较少，相对纯钛更容易在晶粒内部产生大量的 孪晶，然而，迄今为止，采用轧制变形的方法调控高纯钛板材的详细步骤、主 要参数范围及其织构变化程度还尚未见报道。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种通过轧制变 形弱化高纯钛板材织构的方法，解决如何降低高纯钛板材各向异性的问题，提 高其使用性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，包括如下步骤：
(1)工件的制备：将样品打磨至光亮；
(2)工件的轧制处理：将上述打磨后的样品放置在轧机上，同时调整轧辊 的间距进行轧制处理，所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10-20s-1，单 道次压下量0.1-0.4mm，总压下量10-25％，轧制温度范围0-25℃。
进一步，步骤(1)中所述高纯钛的纯度≥99.99％，厚度范围为2.2-3.0mm。
进一步，步骤(2)中所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10s-1， 单道次压下量0.1mm，总压下量10％，轧制温度范围20℃。
以现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，在轧制变形过程中形 成的孪晶取向与原有晶粒的取向相比完全不同，因此大量的孪晶产生之后就改 变原有晶粒的取向，进而改变织构；同时塑性变形过程中孪晶界可有效阻碍位 错运动，具有和普通晶界相似的强化作用。因而轧制过程中形成的高密度孪晶 既可以弱化织构减少材料的各向异性，又能提高材料的使用性能，获得满足工 业生产需求的高纯钛板材。
2、本发明选用的高纯钛板材由于钛含量高，杂质元素影响较小，板材厚度 选择在2.2-3.0mm是为了更好的进行轧制变形，因此在轧制变形过程中容易产生 孪生变形，同时当低应变量时分别在室温条件下和准静态条件下可以获得高密 度的孪晶，且孪晶厚度(0.75～3μm)可通过调整轧制处理参数进行有效控制。 本发明所通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，是在研究不同参数下对高 纯钛轧制处理过程中的性能变化规律的基础上形成的，测试结果显示，本发明 提供的轧制处理工艺符合高纯钛的性能变化规律，可有效改善高纯钛显微硬度 等力学性能。
3、本发明所提供的轧制处理过程操作方便、设备简单、经济实用、技术可 靠、效率高，并且起到非常好的提高材料使用性能的作用。
附图说明
图1为高纯钛板材的组织电子显微图：(a)轧制变形前的组织电子显微图； (b)实施例2的组织电子显微图；(c)实施例3的组织电子显微图；
图2为高纯钛板材的组织晶粒取向配色图：(a)轧制变形前的组织晶粒取 向配色图；(b)实施例2的组织晶粒取向配色图；
图3为高纯钛板材的组织极图：(a)轧制变形前的组织极图；(b)实施 例2的组织极图；(c)实施例3的组织极图。
具体实施方式
利用线切割设备将纯度≥99.99％、厚度为2.2-3.0mm高纯钛的收获态样品 制成尺寸为60mm×50mm×2.6mm的工件，备用。
一种通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，包括如下步骤：
选用800#、1200#、2000#和3000#的水磨砂纸将上述高纯钛板材各个面打 磨光亮且平整；
之后将上述打磨后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距， 并在轧辊表面涂抹润滑油；启动轧机和传送带，样品经过多道次轧制变形后取 出，即完成轧制处理；其中，所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10-20s-1， 单道次压下量0.1-0.4mm，总压下量10-25％，轧制温度范围0-25℃。
最后取出样品，检验工件质量。通过轧制处理后的高纯钛板材中形成具有 高密度的孪晶，且孪晶厚度(0.75～3μm)可通过调整轧制处理参数进行有效控 制。
下面结合附图和具体实施例，对本发明方法进行详细说明。
实施例1：
选取线切割后尺寸为60mm×50mm×2.7mm的高纯钛板材(99.99％)试样， 首先依次选用800#、1200#、2000#和3000#水磨砂纸将其打磨光亮且平整。
将打磨处理后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距，并向 轧辊表面添加润滑油；启动轧机和传送带，样品经过多道次轧制之后取出样品， 即完成轧制处理。轧制变形的主要工艺参数范围：选用纯度为99.99％的高纯钛 板(板材厚度范围2.2mm)，轧制应变速率15s-1，单道次压下量0.25mm，总压 下量15％，轧制温度0℃；
取出轧制后的样品，检查表面质量，可以发现表面依然平整。对轧制后的 样品进行微观组织测试，可以发现晶粒内部出现了细长条状的孪晶，且孪晶的 数量较多；对轧制后的样品进行微观织构测试，发现轧制15％处理后的织构强 度较初始状态得到显著弱化，最大强度值从14.1降为5.3，晶粒择优取向明显弱 化。
实施例2：
选取线切割后尺寸为60mm×50mm×2.6mm的高纯钛板材(99.99％)试样， 首先依次选用800#、1200#、2000#和3000#水磨砂纸将其打磨光亮且平整。
将打磨处理后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距，并向 轧辊表面添加润滑油；启动轧机和传送带，样品经过多道次轧制之后取出样品， 即完成轧制处理。轧制变形的主要工艺参数范围：选用纯度为99.99％的高纯钛 板(板材厚度范围2.6mm)，轧制应变速率10s-1，单道次压下量0.1mm，总压 下量10％，轧制温度范围20℃；
取出轧制后的样品，检查表面质量，可以发现表面依然平整。对轧制后的 样品进行微观组织测试，结果如图1中所示，对比图1中(a)轧制前的微观组织 图可以发现，轧制后的高纯钛板材晶粒内部出现了细长条状的孪晶，且孪晶的 数量较多；且孪晶厚度(3μm)可通过调整轧制处理参数进行有效控制。图2(a) 为轧制前的组织晶粒取向配色图，轧制后的组织晶粒取向配色图如图2(b)所 示，可以发现细长条状的区域的灰度与周围区域的灰度不一样，表明新生成的 孪晶的取向与母相的取向不同，进一步可以说明孪晶对织构产生了影响。对轧 制后的样品进行微观织构测试，如图3中(b)所示，轧制10％处理后的织构强度较初始状态得到显著弱化，最大强度值从14.1降为4.2，晶粒择优取向明显弱化。
实施例3：
选取线切割后尺寸为60mm×50mm×2.7mm的高纯钛板材(99.99％)试样， 首先依次选用800#、1200#、2000#和3000#水磨砂纸将其打磨光亮且平整。
将打磨处理后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距，并向 轧辊表面添加润滑油；启动轧机和传送带，样品经过多道次轧制之后取出样品， 即完成轧制处理。轧制变形的主要工艺参数范围：选用纯度为99.99％的高纯钛 板(板材厚度范围2.7mm)，轧制应变速率20s-1，单道次压下量0.4mm，总压 下量10％，轧制温度25℃；
取出轧制后的样品，检查表面质量，可以发现表面依然平整。对轧制后的 样品进行微观组织测试，结果如图1中所示，对比图1中(a)轧制前的微观组 织图可以发现，轧制后的高纯钛板材晶粒内部出现了细长条状的孪晶，且孪晶 厚度(3μm)可通过调整轧制处理参数进行有效控制。对轧制后的样品进行微 观织构测试，如图3中(c)所示，轧制10％处理后的织构强度较初始状态得到 显著弱化，最大强度值从14.1降为6.8，晶粒择优取向明显弱化。
实施例4：
选取线切割后尺寸为60mm×50mm×2.7mm的高纯钛板材(99.99％)试样， 首先依次选用800#、1200#、2000#和3000#水磨砂纸将其打磨光亮且平整。
将打磨处理后的样品放置在轧机的传送带上，同时调整轧辊的间距，并向 轧辊表面添加润滑油；启动轧机和传送带，样品经过多道次轧制之后取出样品， 即完成轧制处理。轧制变形的主要工艺参数范围：选用纯度为99.99％的高纯钛 板(板材厚度范围3.0mm)，轧制应变速率18s-1，单道次压下量0.3mm，总压 下量25％，轧制温度0℃；
取出轧制后的样品，检查表面质量，可以发现表面依然平整。对轧制后的 样品进行微观组织测试，可以发现晶粒内部出现了细长条状的孪晶，且孪晶的 数量较多；对轧制后的样品进行微观织构测试，发现轧制25％处理后的织构强 度较初始状态得到显著弱化，最大强度值从14.1降为6.0，晶粒择优取向明显弱 化。
本发明对实施例1-4经过轧制处理后获得的高纯钛板材进行了硬度测试，其 结果见表1。
表1实施1-4高纯钛板材轧制前后的硬度值
| 初始硬度值(HV) | 轧制处理后的硬度值(HV) | |
| 实施例1 | 123 | 170 |
| 实施例2 | 120 | 178 |
| 实施例3 | 118 | 165 |
| 实施例4 | 115 | 160 |
综上，高纯钛板材经过轧制处理之后，其织构强度显著降低，晶粒择优取 向明显弱化，进而降低了高纯钛板材的各向异性，从而提高了高纯钛板材的硬 度。
研究发现，高纯钛在轧制过程中会发生孪生变形，而孪晶的产生改变了原 有的基体的取向，这使其织构发生显著变化。高纯钛在轧制变形过程中为了协 调塑性变形，通常会发生孪生变形，常见的孪生模式有{10-12}、{10-11}、{11-22}、 {11-21}等。新生成的孪晶其取向与母相完全不同，当大量孪晶生成时就会改变 织构，使得晶体择优取向发生变化。通常情况下孪晶的生成会受到轧制速率、 温度、变形量和杂质元素等的影响。所以本发明中轧制处理的关键因素：轧制 应变速率，单道次压下量，总压下量，轧制温度等进行了优化，测试分析后发 现，在优化条件下，高纯钛的织构强度明显减弱，晶粒择优取向明显弱化，进 而降低了高纯钛板材的各向异性，从而提高了其使用性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)工件的制备：将样品打磨至光亮；
(2)工件的轧制处理：将上述打磨后的样品放置在轧机上，同时调整轧辊的间距进行轧制处理，所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10-20s-1，单道次压下量0.1-0.4mm，总压下量10-25％，轧制温度范围0-25℃。
2.根据权利要求1所述的通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，其特征在于，步骤(1)中所述高纯钛的纯度≥99.99％，厚度范围为2.2-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的通过轧制变形弱化高纯钛板材织构的方法，其特征在于，步骤(2)中所述轧制变形的工艺参数为：轧制应变速率10s-1，单道次压下量0.1mm，总压下量10％，轧制温度范围20℃。
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