隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口老齡化的加劇,醫(yī)用金屬材料在創(chuàng)傷外科、整形手術(shù)和口腔醫(yī)療中的需求量越來越大。其中鈦及鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的生物相容性,因此被廣泛應(yīng)用。鈦合金中含有對人體有害的合金元素,會使人體出現(xiàn)病癥,因此不含合金元素的工業(yè)純鈦在生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域越來越受到重視。近幾十年來,國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用等徑通道擠壓（ECAP）技術(shù)成功制備出超細晶工業(yè)純鈦。但是ECAP技術(shù)制備超細晶材料存在細化和強化極限,而且ECAP道次數(shù)較多,工序復(fù)雜,生產(chǎn)效率低,對工件的尺寸和形狀要求很高,因此限制了超細晶工業(yè)純鈦的應(yīng)用。為了使工業(yè)純鈦的強度滿足使用要求,并且開發(fā)出易于實際運用的加工技術(shù),將ECAP與傳統(tǒng)塑性加工相結(jié)合（復(fù)合變形技術(shù)）的研究和應(yīng)用越來越多。工業(yè)純鈦先經(jīng)多道次ECAP變形細化晶粒,再經(jīng)傳統(tǒng)塑性加工提高位錯密度,其強度可增加到1 000 MPa左右,并且保持良好的塑性。后變形使ECAP變形后的等軸晶粒被拉長,且分布不均勻,材料的力學(xué)性能表現(xiàn)出強烈的各向異性。復(fù)合變形可以運用較少道次的ECAP,縮短了加工周期。此外,通過后變形可以將材料加工成所需的成品形狀,更易于生產(chǎn)和應(yīng)用。復(fù)合變形后的超... 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

不同塑性變形的受力狀態(tài):

由圖6可知，工業(yè)純鈦經(jīng)4道次ECAP變形后形成明顯的柱面織構(gòu)，但最大極密度只有1.6。與密排六方金屬ECAP變形后極圖中的常見織構(gòu)對比可知[41],ECAP變形4道次后(0002)極圖形成了B織構(gòu)、C1織構(gòu)和C2織構(gòu)。經(jīng)過旋鍛變形后，柱面織構(gòu)基本消失，(0002)極圖形成了基面織構(gòu)，由于工業(yè)純鈦的軸比c/a<1.633，使得其(0002)極圖的基點沿ED方向擴展，并與法線方向TD傾轉(zhuǎn)約±45°。與ECAP變形相比，旋鍛后的最大極密度顯著增強至4。Fan等[17]對8道次ECAP變形工業(yè)純鈦分別在室溫和液氮溫度下進行軋制，都形成了大量的基面(0002)織構(gòu)，與粗晶工業(yè)純鈦在室溫下軋制后形成的典型織構(gòu)相同。由此可見，復(fù)合變形后形成的形變織構(gòu)與單獨進行傳統(tǒng)塑性變形時形成的織構(gòu)相似，即復(fù)合變形后織構(gòu)類型主要取決于ECAP變形后的塑性變形方式。并且，復(fù)合變形量越大，織構(gòu)的最大極密度越高。

工業(yè)純鈦經(jīng)ECAP+擠壓復(fù)合變形的顯微組織與ECAP+軋制相似,即晶粒進一步細化,位錯密度升高,橫向晶粒的等軸性下降,縱向被拉長細化[24-25]。圖4為工業(yè)純鈦經(jīng)過8道次ECAP變形+冷擠(總變形量為75%)后橫截面的顯微組織[24]。從圖4中可以看出,工業(yè)純鈦經(jīng)ECAP和擠壓復(fù)合變形后,橫截面晶粒失去等軸性,形狀復(fù)雜,沒有規(guī)律性,晶粒邊界模糊�？傮w來說,復(fù)合變形后顯微組織的差異是受力狀態(tài)不同造成的,圖5為工件進行不同塑性變形的受力狀態(tài)圖[34]。由圖5可得,軋制、擠壓、拉拔和旋鍛的變形狀態(tài)都為兩向壓縮,一向延伸,這也是后變形中縱向顯微組織伸長的原因,其中軋制、擠壓和旋鍛受三向壓應(yīng)力,拉拔受兩向壓力和一向拉力。三向壓應(yīng)力有助于材料塑性的發(fā)揮,對防止裂紋產(chǎn)生有一定的作用。經(jīng)ECAP加工后的超細晶純鈦再進行后變形,在三向壓應(yīng)力的作用下可以充分發(fā)揮超細晶純鈦較好的塑性,因此在不經(jīng)歷中間退火的情況下,變形量可以達到很高。其中,擠壓和拉拔的加工方式使坯料表面在加工過程中受到很大的摩擦力,容易產(chǎn)生裂紋,在加工前必須進行良好的潤滑,這一缺點也限制了其工業(yè)運用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]等通道轉(zhuǎn)角擠壓法制備超細晶純鈦的研究進展（英文）[J]. 谷艷霞,馬愛斌,江靜華,宋丹.  稀有金屬材料與工程. 2017(12)
[2]鈦及鈦合金ECAP變形研究進展[J]. 楊西榮,趙西成,付文杰.  材料導(dǎo)報. 2010(05)
[3]室溫ECAP和冷軋復(fù)合變形工業(yè)純鈦的組織和性能[J]. 付文杰,趙西成,楊西榮,蘭新哲.  材料研究學(xué)報. 2008(03)

碩士論文
[1]室溫ECAP+旋鍛復(fù)合加工純鈦材的組織性能研究[D]. 宋小杰.西安建筑科技大學(xué) 2016



本文編號：3603030