高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域
1.本發(fā)明涉及鈦及鈦合金制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法。
背景技術(shù)：
2.工業(yè)純鈦合金ta1屬于α型鈦合金，具有高強(qiáng)度，低密度、優(yōu)良的耐腐蝕性和韌性，塑性很好，易于加工成型和焊接等優(yōu)點(diǎn)。ta1鈦合金廣泛用于機(jī)械設(shè)備換熱器，高爾夫球、醫(yī)療器械等方面。另外，由于鈦及鈦合金的密度較小，制造出來(lái)的汽車部件具有更小的質(zhì)量，目前廣泛使用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的制造上，它不光可以延長(zhǎng)產(chǎn)品使用的年限和提高燃燒效率，同時(shí)還可減少噪音。
3.鈦及其合金組織的微細(xì)化，能夠極大提高鈦材的機(jī)械性能和加工工藝性能。而控制晶粒大小，細(xì)化晶?？蓪?shí)現(xiàn)鈦及其合金組織微細(xì)化。目前采用較多的方式是通過(guò)加入細(xì)化劑來(lái)細(xì)化ta1材的晶粒，當(dāng)細(xì)化劑通過(guò)某種途徑加入鈦液中，其中的鈦基體會(huì)被溶解，金屬間化合物粒子則會(huì)被釋放到熔體中，這些粒子相當(dāng)于變質(zhì)劑，促進(jìn)了形核，引起形核數(shù)量的變化，進(jìn)而導(dǎo)致金相組織微細(xì)化。該細(xì)化晶粒的方式存在的主要缺點(diǎn)是控制難度較大，對(duì)鈦基體組分要求較高，特別是鈦合金產(chǎn)品，某些元素的相互作用會(huì)增強(qiáng)或減弱晶粒細(xì)化的效果。除此之外，也有通過(guò)在熱軋或鍛造過(guò)程中通過(guò)控制變形量來(lái)碾碎原有組織，從而達(dá)到機(jī)械細(xì)化效果，或者在熱處理過(guò)程中通過(guò)控制加熱和冷卻參數(shù)使材料內(nèi)部進(jìn)行重新形核和晶核長(zhǎng)大，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。
4.雖然細(xì)化晶粒的方式有很多，但對(duì)于不同的產(chǎn)品通常需要采用不同的細(xì)化方式。對(duì)于鈦板材或鈦卷產(chǎn)品，其制備過(guò)程本身需要進(jìn)行多道次的軋制，因此目前主要靠機(jī)械細(xì)化晶粒。通過(guò)機(jī)械細(xì)化，通?？蓪⒕ЯＡ綇纳习傥⒚准?xì)化到幾十微米，但對(duì)于強(qiáng)度要求更高的產(chǎn)品，通常需要使晶粒細(xì)化到十微米以下，這僅僅靠機(jī)械細(xì)化是達(dá)不到的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.為克服現(xiàn)有鈦晶粒細(xì)化方式存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種可進(jìn)一步細(xì)化高純鈦材ta1晶粒的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法。
6.本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
7.高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，包括以下步驟：
8.a、對(duì)高純ta1鈦材進(jìn)行防氧化處理；
9.b、對(duì)經(jīng)過(guò)防氧化處理的高純ta1鈦材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷；
10.c、對(duì)經(jīng)過(guò)固溶處理的高純ta1鈦材進(jìn)行多道次的軋制，使其產(chǎn)生冷變形，軋制的形變量控制為0-90％；
11.d、將軋制后的高純ta1鈦材在500-600℃下保溫，進(jìn)行再結(jié)晶處理。
12.進(jìn)一步的是，所述高純ta1鈦材的組分中ti的質(zhì)量百分比不低于99％。
13.進(jìn)一步的是，步驟a中通過(guò)在高純ta1鈦材表面涂抹高溫防氧化涂料進(jìn)行防氧化處理。
14.進(jìn)一步的是，在涂抹高溫防氧化涂料之前，先將高純ta1鈦材放入干燥箱預(yù)熱至110℃，然后趁熱迅速在其表面均勻涂抹高溫涂料，最后再送入干燥箱中進(jìn)行保溫干燥，直到高溫涂料完全凝固。
15.進(jìn)一步的是，在步驟c中，總共進(jìn)行16道次軋制，依次累計(jì)軋制變形量為：軋制2道次后變形量20％，軋制4道次后變形量40％，軋制8道次后變形量60％，軋制12道次后變形量80％，軋制16道次后變形量90％。
16.進(jìn)一步的是，在步驟d中，再結(jié)晶溫度為550℃。
17.進(jìn)一步的是，在步驟d中，保溫時(shí)間為10-30min。
18.本發(fā)明的有益效果是：首先通過(guò)防氧化處理避免高純ta1鈦材在固溶過(guò)程中出現(xiàn)氧化，保證產(chǎn)品質(zhì)量，隨后通過(guò)多道次的軋制使鈦材晶粒被逐漸拉長(zhǎng)、破碎，等軸晶粒變成纖維狀，晶粒變得細(xì)長(zhǎng)，最后通過(guò)再結(jié)晶的方式使晶粒重新形核成為細(xì)小的等軸晶粒，從而得到超細(xì)晶粒的高純ta1鈦材；整個(gè)工藝過(guò)程操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可大大提高鈦的綜合使用性能。
附圖說(shuō)明
19.圖1是本發(fā)明實(shí)施例所用的高純ta1原材料金相組織圖，放大100倍；
20.圖2是本發(fā)明經(jīng)過(guò)實(shí)施例1處理后的金相組織圖，放大500倍；
21.圖3是本發(fā)明經(jīng)過(guò)實(shí)施例2處理后的金相組織圖，放大500倍；
22.圖4是本發(fā)明經(jīng)過(guò)實(shí)施例3處理后的金相組織圖，放大1000倍；
23.圖5是本發(fā)明經(jīng)過(guò)實(shí)施例4處理后的金相組織圖，放大1000倍；
24.圖6是本發(fā)明經(jīng)過(guò)對(duì)比例1處理后的金相組織圖，放大1000倍。
具體實(shí)施方式
25.下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
26.本發(fā)明的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，包括以下步驟：
27.a、對(duì)高純ta1鈦材進(jìn)行防氧化處理；
28.b、對(duì)經(jīng)過(guò)防氧化處理的高純ta1鈦材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷；
29.c、對(duì)經(jīng)過(guò)固溶處理的高純ta1鈦材進(jìn)行多道次的軋制，使其產(chǎn)生冷變形，軋制的形變量控制為0-90％；
30.d、將軋制后的高純ta1鈦材在500-600℃下保溫，進(jìn)行再結(jié)晶處理。
31.其中，所述高純ta1鈦材的組分中ti的質(zhì)量百分比不低于99％。雜質(zhì)主要包括微量的fe、o、c等以及極微量的h和n，雜質(zhì)越多越容易影響形核效果。
32.傳統(tǒng)固溶處理一般在真空中進(jìn)行，但成本相對(duì)較高，本技術(shù)采用的是在高純ta1鈦材表面涂抹高溫防氧化涂料的方式進(jìn)行防氧化處理。高溫防氧化涂料市面上有很多成熟的產(chǎn)品，根據(jù)實(shí)際情況選擇即可，方便快捷。具體操作過(guò)程是：在涂抹高溫防氧化涂料之前，先將高純ta1鈦材放入干燥箱預(yù)熱至110℃，然后趁熱迅速在其表面均勻涂抹高溫涂料，最后
再送入干燥箱中進(jìn)行保溫干燥，直到高溫涂料完全凝固。干燥箱可以采用電熱鼓風(fēng)干燥器，可提高高溫涂料的凝固效率。
33.在具體軋制過(guò)程中，為使晶粒均勻細(xì)化，同時(shí)考慮軋制設(shè)備負(fù)荷，本技術(shù)所采用的優(yōu)選方式是總共進(jìn)行16道次軋制，依次累計(jì)軋制變形量為：軋制2道次后變形量20％，軋制4道次后變形量40％，軋制8道次后變形量60％，軋制12道次后變形量80％，軋制16道次后變形量90％。通過(guò)上述軋制過(guò)程，可使鈦材晶粒被逐漸拉長(zhǎng)、破碎，等軸晶粒變成纖維狀，晶粒變得細(xì)長(zhǎng)，便于后續(xù)再結(jié)晶。
34.在進(jìn)行再結(jié)晶處理時(shí)，再結(jié)晶溫度優(yōu)選550℃，保溫時(shí)間為10-30min。再結(jié)晶的溫度和保溫時(shí)間需要合理控制，溫度過(guò)高，保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易吸入過(guò)多能量，使等軸晶粒變得粗大。
35.下面通過(guò)以下四組實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
36.四組實(shí)施例的原材料均為厚度為5mm，平均晶粒大小為80-100μm的塊狀ta1，其金相組織如圖1所示。
37.實(shí)施例1：
38.將塊狀ta1涂抹高溫涂料做預(yù)處理，然后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷，然后再進(jìn)行4道次軋制，總變形量為40％，軋制完成后進(jìn)行保溫，溫度為500℃，保溫60min。如圖2所示，測(cè)得平均晶粒大小為20.00μm。
39.實(shí)施例2：
40.將塊狀ta1涂抹高溫涂料做預(yù)處理，然后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷，然后再進(jìn)行8道次軋制，總變形量為60％，軋制完成后進(jìn)行保溫，溫度為550℃，保溫60min。如圖3所示，測(cè)得平均晶粒大小為14.65μm。
41.實(shí)施例3：
42.將塊狀ta1涂抹高溫涂料做預(yù)處理，然后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷，然后再進(jìn)行12道次軋制，總變形量為80％，軋制完成后進(jìn)行保溫，溫度為600℃，保溫60min。如圖4所示，測(cè)得平均晶粒大小為6.97μm。
43.實(shí)施例4：
44.將塊狀ta1涂抹高溫涂料做預(yù)處理，然后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷，然后再進(jìn)行16道次軋制，總變形量為90％，軋制完成后進(jìn)行保溫，溫度為600℃，保溫10min。如圖5所示，平均晶粒大小為3.79μm。
45.通過(guò)上述四組實(shí)施例可以表明，隨著軋制道次及變形量的增加，晶粒發(fā)生了明顯的形變，經(jīng)過(guò)再結(jié)晶處理后，晶粒從初始大小為80-100μm粗大的α晶粒細(xì)化成小于10μm的細(xì)小晶粒，且隨著形變量的增大，晶粒越細(xì)小。
46.由于實(shí)施例4中的再結(jié)晶時(shí)間較少，因此制作以下對(duì)比例對(duì)其再結(jié)晶時(shí)間進(jìn)行分析：
47.對(duì)比例1：
48.將塊狀ta1涂抹高溫涂料做預(yù)處理，然后進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷，然后再進(jìn)行16道次軋制，總變形量為90％，軋制完成后進(jìn)行保溫，溫度為600℃，保溫時(shí)間:5min-60min，并分別在5min、10min、15min、20min、25min、30min和60min對(duì)金相組織進(jìn)行觀察。
49.如圖6所示，其中(a)-(g)分別為保溫時(shí)間為5min、10min、15min、20min、25min、30min和min 60時(shí)的金相結(jié)構(gòu)圖?？梢钥闯?，在(a)中可以看出存在少量拉長(zhǎng)晶，說(shuō)明在保溫時(shí)間5min內(nèi)并未發(fā)生完全再結(jié)晶；圖(b)是保溫時(shí)間為10min的ta1金相組織圖，從圖中能明顯觀察到組織均變?yōu)榈容S晶，僅僅只存在極少量的拉長(zhǎng)纖維狀晶粒，說(shuō)明在5-10min中內(nèi)發(fā)生了完全再結(jié)晶；隨著保溫時(shí)間繼續(xù)增加，晶粒形狀未發(fā)生明顯的變化，當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到60min時(shí)，如圖(g)所示，等軸晶粒變得粗大，說(shuō)明在30-60min發(fā)生了二次再結(jié)晶，致使晶粒發(fā)生粗大的現(xiàn)象。因此，保溫時(shí)間控制在10-30min最佳。技術(shù)特征：
1.高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是，包括以下步驟：a、對(duì)高純ta1鈦材進(jìn)行防氧化處理；b、對(duì)經(jīng)過(guò)防氧化處理的高純ta1鈦材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷；c、對(duì)經(jīng)過(guò)固溶處理的高純ta1鈦材進(jìn)行多道次的軋制，使其產(chǎn)生冷變形，軋制的形變量控制為0-90％；d、將軋制后的高純ta1鈦材在500-600℃下保溫，進(jìn)行再結(jié)晶處理。2.如權(quán)利要求1所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：所述高純ta1鈦材的組分中ti的質(zhì)量百分比不低于99％。3.如權(quán)利要求1所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：步驟a中通過(guò)在高純ta1鈦材表面涂抹高溫防氧化涂料進(jìn)行防氧化處理。4.如權(quán)利要求3所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：在涂抹高溫防氧化涂料之前，先將高純ta1鈦材放入干燥箱預(yù)熱至110℃，然后趁熱迅速在其表面均勻涂抹高溫涂料，最后再送入干燥箱中進(jìn)行保溫干燥，直到高溫涂料完全凝固。5.如權(quán)利要求1所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：在步驟c中，總共進(jìn)行16道次軋制，依次累計(jì)軋制變形量為：軋制2道次后變形量20％，軋制4道次后變形量40％，軋制8道次后變形量60％，軋制12道次后變形量80％，軋制16道次后變形量90％。6.如權(quán)利要求1所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：在步驟d中，再結(jié)晶溫度為550℃。7.如權(quán)利要求1所述的高純ta1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，其特征是：在步驟d中，保溫時(shí)間為10-30min。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)的是鈦合金制造技術(shù)領(lǐng)域的一種高純TA1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法，包括以下步驟：對(duì)高純TA1鈦材進(jìn)行防氧化處理；對(duì)經(jīng)過(guò)防氧化處理的高純TA1鈦材進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為920℃，保溫2h，水中快冷；對(duì)經(jīng)過(guò)固溶處理的高純TA1鈦材進(jìn)行多道次的軋制，使其產(chǎn)生冷變形，軋制的形變量控制為0-90％；將軋制后的高純TA1鈦材在500-600℃下保溫，進(jìn)行再結(jié)晶處理。本發(fā)明通過(guò)多道次的軋制使鈦材晶粒被逐漸拉長(zhǎng)、破碎，等軸晶粒變成纖維狀，晶粒變得細(xì)長(zhǎng)，然后通過(guò)再結(jié)晶的方式使晶粒重新形核成為細(xì)小的等軸晶粒，從而得到超細(xì)晶粒的高純TA1鈦材，整個(gè)工藝過(guò)程操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可大大提高鈦的綜合使用性能。提高鈦的綜合使用性能。提高鈦的綜合使用性能。
技術(shù)研發(fā)人員：王能為 蔣思凡 姜玉琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：攀枝花學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：2022.10.09
技術(shù)公布日：2022/12/26
聲明：
“高純TA1鈦材獲得超細(xì)晶粒的方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
560
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：攀枝花學(xué)院
分享 0
舉報(bào) 0
收藏 0
反對(duì) 0
點(diǎn)贊 0
中冶有色技術(shù)平臺(tái)
2024年10月25日 ~ 27日 
京公網(wǎng)安備 11010702002294號(hào)
