钛及钛合金剧烈塑性变形的研究进展.pdf

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1、RESEARcHoFFoRM

2、NGTEcHNoLoGY成形技术研究钛及钛合金剧烈塑性变形的研究进展ProgressinSeVerePlasticDeformati叫ofTiandTiAⅡoy东北大学材料与冶金学院李卓梁丁桦中航工业北京航空制造工程研究所李继忠[摘要】结合目前剧烈塑性变形(SPD)方法的研究现状，介绍了等通道转角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、搅拌摩擦加工(FsP)等剧烈塑性变形方法及其特点与变形机理；对剧烈塑性变形方法对钛及钛合金组织性能的影响规律进行了评述，并展望了剧烈塑性变形方法在钛及钛合金材料研究与应用的前景。关键词：剧烈塑性

3、变形钛及钛合金组织性能变形机理IABSTRACT】CombinedwiththecurremresearchsituationofthesevereplasticdefonIlation(SPD)，thechar_acteristicsanddefomationmechanismofequalchannelanglepressing(ECAP)，highpressuretorsion(HPT)，自瞳c-tionstirprocessing(FSP)andsomeotherseVereplasticdef．onnationmenlodsareintr．od

4、uced．TheefI-ectsofsevereplasticdefbrmationonthemicrostructures，propertiesandinfluencelawoftitaniumandtitani啪alloyaresum—marized．TheresearchandapplicationofseVereplasticdeformationontitaniumandtitaniumalloymaterialisprospected．Keywords：SeVereplasticdef．ormation(SPD)TiandTiaUoyMicr

5、ostructureandproper6yDeforma-t萱onmechanism钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、耐热性优良、无磁等一系列特性n】。虽然自1948年达到工业生产规模至今只有半个多世纪的历史，但总体发展速度却超越了任何一种其他有色金属。目前全世界钛铁矿的产量逐年增长，制备的钛及钛合金被广泛应用于航空航天、石油化工、冶金、轻工、海水淡化和舰艇等工业生产中。剧烈塑性变形(severePlasticDefo瑚ation，sPD)作为一种新兴的塑性变形方法，可在变形过程中引人大的应变量，从而有效细化金属，获得亚微米甚至纳米尺寸的晶粒，通

6、过变形过程中微观组织的控制，可以同时获得具有高强度与大塑性的块体纳米材料【2埘。本文介绍了sPD方法及其对钛及钛合金的组织性能的影响，并对钛及钛合金剧烈塑性变形的发展进行了展望。1钛及钛合金的ECAP研究1．1ECAP变形机理等通道转角挤压(EqualChannelAngularPressing，EcAP)是将试样放人横截面相同并成一定交角的弯曲通道中，试样在压力作用下通过管道，在管道弯曲处产生近似理想的剪切变形。由于不改变材料的横截面积和形状，就使试样重复变形成为可能，从而通过多次变形过程得到具有亚微米甚至纳米级尺寸晶粒的超细晶组织嗍，ECAP原理图见

7、图1。图1ECAP原理图Fig．1DiagramofECAP根据1wahashi等【5]的理论，在试样与模壁完全润滑的条件下，等通道转角挤压产生的总应变量氏取决于挤压次数Ⅳ、两通道的内交角≯和外接弧角y的大小，即：B=芳[2c。t(萼+警)+缈c。sPc(孚+警)]。ECAP的挤压过程可连续进行。根据相邻挤压道次间试样相对于模具的轴向旋转方向和角度的不同，可将ECAP工艺路线分为3种，即彳、B和C；根据旋转方向的不同，路径B又细分为毋和B。2种方式。1．2ECAP对钛及钛合金性能的影响采用ECAP技术制备的钛及钛合金，在强度、超塑2013年第16期·航空

8、制造技术139REsEARcHoFFoR州GTEcHNoLoGY成形技术研究对纯钛进行EcAP后，使其晶粒尺寸达到300nm，再进行HPT，使硬度增加33％。wang等【191研究了工业纯钛的微磨损行为。原始样品的晶粒尺寸为8．6恤m，经HPT后，晶粒尺寸为130nm。结果表明：不同晶粒尺寸的纯钛有相似的摩擦系数，但摩损机制不同。细晶的磨损更为均匀，同时磨损速率低。B钛合金与人体的杨氏模量基本相当，可作为生物植入材料。B型钛合金(Ti一29Nb一13Ta一4．6zr)固溶态的强度低于TC4，如果用形变热处理方法提高强度，会析出大量的沉淀相粒子，同时也会提

9、高弹性模量。Yilmazer等【201采用HPT方法，以在提高强度的同时保证低的