近年來(lái),等通道轉(zhuǎn)角擠壓(簡(jiǎn)稱ECAP)技術(shù)因可有效制備塊狀超細(xì)晶(亞微米和納米級(jí))材料而引起材料科學(xué)家的極度重視。該技術(shù)是將試樣通過(guò)2個(gè)互成一定角度的等截面通道,經(jīng)多次重復(fù)擠壓實(shí)現(xiàn)試樣的劇烈變形。由于ECAP變形可有效形成大角度晶界結(jié)構(gòu)(不同于軋制、擠壓及拉拔等常規(guī)加工變形方法形成的小角度晶界胞狀結(jié)構(gòu)),致使試樣晶粒細(xì)化,獲得平均晶粒尺寸達(dá)到亞微米甚至納米級(jí)的組織,提高了材料的強(qiáng)度和塑性,改善了材料的綜合力學(xué)性能。采用ECAP技術(shù)制備的鈦及鈦合金,在強(qiáng)度、超塑性、疲勞極限和耐腐蝕性等方面都有顯著提高。目前,ECAP法制備的鈦及鈦合金連接件,已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、汽車和航空領(lǐng)域。
科研人員關(guān)于工業(yè)純鈦級(jí)別對(duì)超細(xì)晶鈦力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。采用的試驗(yàn)料為工業(yè)純鈦Grade2和Grade4,這兩種級(jí)別工業(yè)純鈦的主要差異在于Grade4的氧、鐵含量較高。坯料取自熱軋板,尺寸為25㎜×25㎜×175㎜,平均晶粒度分別約為110和70μm。擠壓之前,坯料上涂敷石墨基潤(rùn)滑劑,并預(yù)熱至300℃。采用90°ECAP模具,擠壓速率1.27㎜/s,兩個(gè)擠壓道次之間需在加熱爐中加熱15分鐘,共擠壓8道次。研究結(jié)果如下:
Grade2在300℃、8道次加工達(dá)到晶粒細(xì)化目的,而Grade4要在≥450℃同樣路徑下擠壓加工獲得:平均晶粒度約為300nm的等軸晶和亞晶粒組織。
經(jīng)過(guò)ECAP加工,工業(yè)純鈦Grade2和Grade4的強(qiáng)度都得到明顯提高,而且該工藝能夠使這兩種工業(yè)純鈦保持足夠的延性(>20%)。其中,超細(xì)晶Grade4的延性和應(yīng)變硬化能力都優(yōu)于Grade2,這是因?yàn)镚rade4的雜質(zhì)含量較高、加工溫度高的緣故。
ECAP加工后,Grade4材料獲得了具有應(yīng)用價(jià)值的力學(xué)性能:高強(qiáng)度(σy約758MPa和σUTS約947MPa)和高延性(25%),這使超細(xì)晶工業(yè)純鈦Grade4有望成為取代鈦合金的潛在醫(yī)用材料。(曉紅)