通過細化顯微組織可以大大改善金屬材料的力學性能,隨著晶粒尺寸的減小,特別是材料的強度、抗疲勞性能以及超塑性能都能夠得到增強。采用強塑性變形可獲得超細晶材料。對于純金屬,通過強塑性變形獲得的晶粒尺寸通常在100~500nm,等到的顯微組織稱亞微晶組織。強塑性變形包括高壓扭轉、等通道轉角擠壓及扭轉擠壓等技術。這些方法的優(yōu)點是在保持工件原始形狀和尺寸的情況下累積變形的無限能力。重復應用常規(guī)變形方法,如軋制或壓縮,也能獲得亞微晶組織。
但是,多道次變形加工費用高、工作量大。因此,在一個變形周期中獲得一大應變量的加工方法極具吸引力。靜液擠壓便是這種方法:通過一模具,高壓液體施力于坯料,使用高壓可降低脆性-塑性的轉變溫度,高壓介質可降低擠壓過程中的摩擦力。靜液擠壓適宜于
鈦加工,因為鈦材料的室溫塑性相對較低。研究表明鈦材經擠壓20道次,顯微組織晶粒尺寸可細化至47nm,材料強度顯著提高至1320MPa。采用靜液擠壓1道次或2道次也可以實現大應變量,這比多道次擠壓富有吸引力。但1道次的應變量取決于材料強度,還受限于擠壓裝備的能力。應變累積程度隨材料溫度而增強,然而,靜液擠壓過程中,升高的溫度對鈦材的組織與性能的影響大家并不了解。
俄羅斯國立別爾哥羅德大學科研人員在20℃、350℃及450℃、真應變高達e=2的條件下研究了靜液擠壓對工業(yè)純鈦組織與性能的影響。在20℃、e=1.8的情況下,形成了寬度在100~500nm的片狀顯微組織。在更高的變形溫度350和450℃下,形成片狀和細晶區(qū)的混合顯微組織。在性能方面,靜液擠壓導致材料強度顯著提高,20℃和350℃時極限抗拉強度分別為1080和765MPa。較高溫度下的擠壓降低了材料的強度但提高了塑性,可以通過改變擠壓坯料溫度控制斷裂時的強度和延伸率。
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