CN109518107B - 一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，第一步：将钛带材均匀深冷至‑190℃～‑100℃；第二步：对深冷的钛带材进行深冷轧制；第三步：将轧制后的钛带材再次均匀深冷至‑190℃～‑100℃；第四步：重复第二步和第三步，直到整个轧制压下率达到50～95％；第五步：将第四步得到的钛带材进行250～325℃热处理。本发明所得钛带材比冷轧制备的材料具有更高的强度，也具有更高的韧性，其机械性能远超冷轧制备的钛带材。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法。
背景技术
超细晶金属材料由于强度高而得到国际学术界和工业界的广泛关注，然而，超细晶金属材料的韧性相对而言较低。因而，制备出高强韧的超细晶金属材料是科研工作者关注的问题。
钛及钛合金由于机械性能优异、密度较低在航空航天、高端装备等领域具有极大的应用。如果能够进一步提高钛及钛合金的机械性能，对于这些高端装备的轻量化行为具有重要的意义。
目前，对于钛合金通常都是采用热轧和室温轧制的方法进行制备，然而，这些制备的材料的晶粒比较粗大，难以制备超细晶钛及钛合金材料。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，所得钛带材比冷轧制备的材料具有更高的强度，也具有更高的韧性，其机械性能远超冷轧制备的钛带材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，包括：
第一步：将钛带材均匀深冷至-190℃～-100℃；
第二步：对深冷的钛带材进行深冷轧制；
第三步：将轧制后的钛带材再次均匀深冷至-190℃～-100℃；
第四步：重复第二步和第三步，直到整个轧制压下率达到50～95％；
第五步：将第四步得到的钛带材进行250～325℃热处理。
优选地，所述第一步中，钛带材原料厚度为1.0-3mm。
优选地，所述第一步中，将钛带材放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，冷却10分钟以上，实现钛带材均匀冷却。
优选地，所述第二步中，在深冷轧制之前，开启轧机氮气冷却喷枪，对轧机的工作辊进行冷却，实现轧辊表面温度低于-100℃。
所述第二步中，深冷轧制的轧制道次压下率控制在10％～15％。
优选地，所述第三步中，将轧制的钛带材放入深冷箱，冷却5-10分钟，实现钛带材温度在-190℃～-100℃。
优选地，所述第五步中，钛带材在加热炉中进行热处理。
优选地，所述第五步中，热处理是进行保温，保温时间为0.5-2h。
与现有技术相比，利用本发明方法制备得到的钛带材比传统轧制制备的钛带材具有更优异的机械力学性能，可实现带材轻量化制备，适合纯钛及钛合金为原材料，该带材在航空航天、高端装备、汽车等行业具有工业应用前景。
附图说明
图1是本发明制备流程图。
图2是本发明制备的高性能钛带材与室温轧制制备的钛带材的力学性能比较。
图3为本发明制备的高性能钛带材的微观组织照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，利用超低温塑性变形使钛材料的晶粒尺寸大幅度降低，达到纳米尺寸，实现材料的强度大幅提高。然后，采用低温热处理，实现材料的强度稍微降低，同时使材料的韧性大幅度提高。
第一步：采用钛带材2为原料，钛带材2原料厚度为1.0-3mm。
第二步：将钛带材2放入深冷箱1中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-190℃～-100℃，冷却10分钟以上，实现钛带材2均匀冷却，得到深冷处理的钛带材3。
第三步：开启轧机的上氮气冷却喷枪4和下氮气冷却喷枪5，对轧机的上工作辊6和下工作辊7进行冷却，实现轧辊表面温度低于-100℃。
第四步：取出深冷处理的钛带材3，进行深冷轧制，轧制道次压下率控制在10％～15％。
第五步：将轧制的钛带材再次放入深冷箱1，冷却5-10分钟，实现钛带材温度在-190℃～-100℃。
重复第四步和第五步，直到整个轧制压下率达到50～95％。
第六步：将轧制的钛带材，在加热炉8中进行热处理，热处理温度控制在250～325℃，保温时间为半小时到2个小时。
取出热处理的钛带材9，其强度超过冷轧的钛带材，同时，韧性提高30％以上。
以下是一个0.4mm超细晶钛带材制备的具体实施例，步骤如下：
第一步：采用钛带材2为原料，原料厚度为1.0mm。
第二步：将钛带材2放入深冷箱1中，采用冷却氮气进行冷却，温度为-190℃，冷却10分钟，实现钛带材2均匀冷却，得到深冷处理的钛带材3。
第三步：开启轧机氮气冷却喷枪，对轧机的工作辊进行冷却，实现轧辊表面温度低于-100℃。
第四步：取出深冷处理的钛带材3，进行深冷轧制，轧制道次压下率控制为10％。
第五步：将轧制的钛带材再次放入深冷箱1，冷却8分钟，实现钛带材温度为-190℃。
重复第四步和第五步，直到整个轧制压下率达到60％。
第六步：将轧制的钛带材，在加热炉8中进行热处理，热处理温度控制在275℃，保温时间为1个小时。
取出热处理的钛带材9，即本发明制备出的高性能钛带材。图2所示为制备的高性能钛带材与室温轧制制备的钛带材的力学性能比较。图3为钛带材的微观组织照片。
从图2可以看出采用本发明制备的钛带材的强度与韧性均高于冷轧制备的钛带材。从图3可以看出采用本发明制备的钛带材为超细晶材料，平均晶粒尺寸小于200nm。
Claims (5)
1. 一种高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，其特征在于，包括：
第一步：将钛带材放入深冷箱中，采用冷却氮气进行冷却，冷却10分钟以上，实现钛带材均匀冷却至-190℃~-100℃
第二步：对深冷的钛带材进行深冷轧制，其中，在深冷轧制之前，开启轧机氮气冷却喷枪，对轧机的工作辊进行冷却，实现轧辊表面温度低于-100℃；
第三步：将轧制后的钛带材放入深冷箱，冷却5-10分钟，再次均匀深冷至-190℃~-100℃；
第四步：重复第二步和第三步，直到整个轧制压下率达到50~95%；
第五步：将第四步得到的钛带材进行250~325℃热处理，实现材料的强度稍微降低，同时使材料的韧性大幅度提高。
2.根据权利要求1所述高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，其特征在于，所述第一步中，钛带材原料厚度为1.0-3mm。
3.根据权利要求1所述高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，其特征在于，所述第二步中，深冷轧制的轧制道次压下率控制在10%~15%。
4.根据权利要求1所述高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，其特征在于，所述第五步中，钛带材在加热炉中进行热处理。
5.根据权利要求1所述高性能钛带材的深冷轧制与热处理制备方法，其特征在于，所述第五步中，热处理是进行保温，保温时间为0.5-2h。
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